揭秘云计算IaaS的核心技术

Freeman 发布于2019-04-28 19:29 / 1438人阅读

摘要：可以说虚拟化技术是实现云计算基础架构层面的核心技术。虚拟为每个虚拟机的准备了一个虚拟寄存器的数据结构，跟踪着所有寄存器中的值。的全部状态其实就是所有寄存器的值，只要在看来寄存器的值没问题，就可以正常执行。如果访问模式的寄存器，是不会管的。

我们知道云计算平台上面的云主机实际上都是虚拟机，但我们感觉不出来，用起来和一台真实的服务器没什么区别，这都要归功于虚拟化技术（Virtualization）。可以说虚拟化技术是实现云计算基础架构层面（IaaS）的核心技术。那么这种虚拟化技术究竟是怎么回事？

云计算所使用的虚拟化技术，其实并不是一项新技术。1998年成立的VMWare（威睿）公司就是做虚拟机软件的，后来被数据存储技术公司EMC（易安信）收购了，再后来EMC又被Dell收购了。

我们先不谈VMware公司的历史，重点说一下他们的虚拟机软件：VMware Workstation。这个软件允许多个x86虚拟机同时被创建和运行。每个虚拟机实例可以运行其自己的客户机操作系统（Guest OS），如Windows、Linux、BSD等。说白了就是，VMware Workstation允许一台真实的计算机同时运行好几个操作系统。

从底层操作系统来看，每个虚拟机都是一个用户进程；从虚拟机中的的Guest OS来看，自己拥有整个计算机。

虚拟机的工作原理

虚拟机软件解决了一个关键的技术问题：就是如何让Guest OS认为自己正运行在一个真实的计算机上。

VMware的架构图

管理多个虚拟机的软件叫做VMM（Virtual Machine Monitor），或者叫hypervisor。VMM做了三件事来欺骗Guest OS：分别是虚拟CPU、虚拟内存、虚拟I/O。

虚拟CPU：为每个虚拟机的CPU准备了一个虚拟寄存器的数据结构，跟踪着CPU所有寄存器中的值。CPU的全部状态其实就是所有寄存器的值，只要在Guest OS看来寄存器的值没问题，Guest OS就可以正常执行。

Guest OS作为一个用户进程，实际上运行在CPU的ring3模式（最低权限），但VMM让它以为自己运行在CPU的ring0模式（特权模式）。如果Guest OS访问ring3模式的寄存器，VMM是不会管的。但如果Guest OS试图访问一些ring3模式的寄存器，VMM就直接修改虚拟寄存器的值，让Guest OS认为自己真的操作了这些特权模式下才能访问的寄存器。

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