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云计算背后的秘密:硬件虚拟化之VMware ESXi篇

2023-04-25 08:35:31
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Hypervisor可以说是虚拟化的灵魂,作为虚拟机和物理机的桥梁,它们的主要功能是对物理设备进行抽象和管理,并作为中间人的角色管理虚拟机和宿主机设备之间的所有I/O操作。Hypervisor可以有效分隔物理资源,并将这些资源分配给不同虚拟环境(也就是需要这些资源的任务)使用。虚拟机监控程序可能位于操作系统的顶层(例如在便携式计算机上),或者直接安装在硬件上(例如服务器),这对应了目前主流的两种Hypervisor实现方式:Type 1和Type 2型,其区别主要在于Hypervisor和硬件之间有或没有额外的操作系统。大家所熟悉的VMware Workstation、VirtualBox、Parallels Desktop等运行在操作系统内的虚拟化软件都可以称作Type 2型Hypervisor;本文将要介绍的VMware ESX以及你可能听说过的Citrix Hypervisor (Xen)、Microsoft Hyper- V、Red Hat KVM等都是Type 1型Hypervisor的代表,云计算中所使用的虚拟化技术,也大多是从这些Type 1型Hypervisor演化而来的。
 
 
成立于1998年的VMware公司是第一家开发出商用x86虚拟化解决方案的公司。公司成立的第二年就发布了他们的首款产品:Workstation 1.0。该产品允许用户在Windows或Linux系统上创建和使用虚拟机。两年过后的2001年,VMware又发布了他们的ESX 1.0和GSX 1.0产品,ESX是Type 1型Hypervisor、而GSX则是Type 2型。时至今日,ESX依然存在并且还在进行维护和更新,而GSX在被更名为VMware Server过后,现在已经被VMware放弃并停止了支持。

 
ESXi作为VMware vSphere中最重要的一个组件,可在单个物理服务器上运行多个虚拟机。它提供了一种集中式管理的方法,可以轻松地管理和监视虚拟机、存储和网络资源。ESXi还提供了高可用性、自动化和灵活性等功能,以帮助组织更好地管理其IT基础设施。很多朋友可能不清楚vSphere和ESXi的关系,vSphere是一个更全面的虚拟化平台,是一套软件的集合,vSphere类似微软的 Office 办公套件,他包括了 vCenter, ESXi 和 vSphere 等,这些软件联合起来就是 vSphere。vSphere 不是一个你可以安装使用的软件,它只是一个包含其它组件的集合名称。
 
 
ESX最初的架构由两部分组成,一部分是执行虚拟化工作的实际管理程序VMkernel,另一部分是一个基于Linux系统的控制台模块,它在管理程序的旁边充当管理程序的服务接口。后来VMware 认为这种方式不太好维护,原因有二:首先是服务控制台的大小大约是管理程序的 30 倍,例如,在 ESX 3.5 中,管理程序大约为 32 MB,而服务控制台需要接近 900 MB;第二个原因是安全,Linux 是一个开源的系统,黑客们对其大有研究,VMware担心管理程序可能会透过服务控制台遭受到损害。在此基础之上VMware开发出了ESXi,ESXi 是使用相同的VMkernel开发的,但没有基于linux系统的服务控制台。 VMware对VMkernel本身架构进行了重新设计,使其通过命令行界面 (CLI) 就能进行管理。从2007年开始的3.5 版本到2010 年的4.1版之间,VMware开始同时并行发布ESX和ESXi这两个版本;直到2011年发布5版本过后,VMware宣布ESX退出历史舞台,此后ESXi成为唯一的发布版本。
 
 
VMkernel是ESXi的核心组件之一,它是一个操作系统内核,可以管理虚拟机和物理硬件之间的通信。VMkernel还提供了一些重要的功能,例如内存管理、CPU调度、网络协议栈等。包括硬件驱动程序和硬件监控工具、计时和日志记录等基础设施服务、与VMware管理工具的集成,和其他授权的第三方模块交互等等,都由VMkernel进行管理。 VMware独创的VMkernel模型也正是VMware与许多其他虚拟化解决方案之间最大的差异之一。

 
凭借着ESX,VMware公司一直在虚拟化市场中占据着领先地位,在ESX发布后将近20年后,他仍然占有接近80%的市场份额。这不仅仅是因为VMware公司占据了先发优势的原因,更是其20年来对产品持续打磨的结果。VMware在最初的基础上不断开发新特性和改进已有功能的,作为第一个吃螃蟹的人,VMware还首创了许许多多优秀的虚拟化解决方案。
 
 
其2003年推出的VMotion允许将运行中的虚拟机从一台物理主机无感的迁移到另一台物理主机上,而不会干扰操作系统或运行在该客户机上的应用程序;ESXi 7.0 引入了一种系统存储布局,可对大型模块和第三方组件进行灵活的分区管理和支持,同时简化了调试操作,在 ESXi 7.0 中,分区整合为更少且更大的分区,这使得分区管理更加灵活,VMware还开发了vSphere Client来监视内存使用情况。此外,VMware还在高可用性和容错能力上下功夫,延长了虚拟机的正常运行时间,VMware提供了一整套的虚拟化方案,一站式解决了用户的所有需求,上述这些仅仅只是VMware ESX所提供的广泛功能中的寥寥几个。
 
尽管许多竞品现在也提供 ESXi 所具有的一些功能,但ESXi凭借着可管理性、安全性和可用性等方面的优势,其hypervisor一哥的地位,在短期内依然无法撼动。
 
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Hypervisor可以说是虚拟化的灵魂,作为虚拟机和物理机的桥梁,它们的主要功能是对物理设备进行抽象和管理,并作为中间人的角色管理虚拟机和宿主机设备之间的所有I/O操作。Hypervisor可以有效分隔物理资源,并将这些资源分配给不同虚拟环境(也就是需要这些资源的任务)使用。虚拟机监控程序可能位于操作系统的顶层(例如在便携式计算机上),或者直接安装在硬件上(例如服务器),这对应了目前主流的两种Hypervisor实现方式:Type 1和Type 2型,其区别主要在于Hypervisor和硬件之间有或没有额外的操作系统。大家所熟悉的VMware Workstation、VirtualBox、Parallels Desktop等运行在操作系统内的虚拟化软件都可以称作Type 2型Hypervisor;本文将要介绍的VMware ESX以及你可能听说过的Citrix Hypervisor (Xen)、Microsoft Hyper- V、Red Hat KVM等都是Type 1型Hypervisor的代表,云计算中所使用的虚拟化技术,也大多是从这些Type 1型Hypervisor演化而来的。
 
 
成立于1998年的VMware公司是第一家开发出商用x86虚拟化解决方案的公司。公司成立的第二年就发布了他们的首款产品:Workstation 1.0。该产品允许用户在Windows或Linux系统上创建和使用虚拟机。两年过后的2001年,VMware又发布了他们的ESX 1.0和GSX 1.0产品,ESX是Type 1型Hypervisor、而GSX则是Type 2型。时至今日,ESX依然存在并且还在进行维护和更新,而GSX在被更名为VMware Server过后,现在已经被VMware放弃并停止了支持。

 
ESXi作为VMware vSphere中最重要的一个组件,可在单个物理服务器上运行多个虚拟机。它提供了一种集中式管理的方法,可以轻松地管理和监视虚拟机、存储和网络资源。ESXi还提供了高可用性、自动化和灵活性等功能,以帮助组织更好地管理其IT基础设施。很多朋友可能不清楚vSphere和ESXi的关系,vSphere是一个更全面的虚拟化平台,是一套软件的集合,vSphere类似微软的 Office 办公套件,他包括了 vCenter, ESXi 和 vSphere 等,这些软件联合起来就是 vSphere。vSphere 不是一个你可以安装使用的软件,它只是一个包含其它组件的集合名称。
 
 
ESX最初的架构由两部分组成,一部分是执行虚拟化工作的实际管理程序VMkernel,另一部分是一个基于Linux系统的控制台模块,它在管理程序的旁边充当管理程序的服务接口。后来VMware 认为这种方式不太好维护,原因有二:首先是服务控制台的大小大约是管理程序的 30 倍,例如,在 ESX 3.5 中,管理程序大约为 32 MB,而服务控制台需要接近 900 MB;第二个原因是安全,Linux 是一个开源的系统,黑客们对其大有研究,VMware担心管理程序可能会透过服务控制台遭受到损害。在此基础之上VMware开发出了ESXi,ESXi 是使用相同的VMkernel开发的,但没有基于linux系统的服务控制台。 VMware对VMkernel本身架构进行了重新设计,使其通过命令行界面 (CLI) 就能进行管理。从2007年开始的3.5 版本到2010 年的4.1版之间,VMware开始同时并行发布ESX和ESXi这两个版本;直到2011年发布5版本过后,VMware宣布ESX退出历史舞台,此后ESXi成为唯一的发布版本。
 
 
VMkernel是ESXi的核心组件之一,它是一个操作系统内核,可以管理虚拟机和物理硬件之间的通信。VMkernel还提供了一些重要的功能,例如内存管理、CPU调度、网络协议栈等。包括硬件驱动程序和硬件监控工具、计时和日志记录等基础设施服务、与VMware管理工具的集成,和其他授权的第三方模块交互等等,都由VMkernel进行管理。 VMware独创的VMkernel模型也正是VMware与许多其他虚拟化解决方案之间最大的差异之一。

 
凭借着ESX,VMware公司一直在虚拟化市场中占据着领先地位,在ESX发布后将近20年后,他仍然占有接近80%的市场份额。这不仅仅是因为VMware公司占据了先发优势的原因,更是其20年来对产品持续打磨的结果。VMware在最初的基础上不断开发新特性和改进已有功能的,作为第一个吃螃蟹的人,VMware还首创了许许多多优秀的虚拟化解决方案。
 
 
其2003年推出的VMotion允许将运行中的虚拟机从一台物理主机无感的迁移到另一台物理主机上,而不会干扰操作系统或运行在该客户机上的应用程序;ESXi 7.0 引入了一种系统存储布局,可对大型模块和第三方组件进行灵活的分区管理和支持,同时简化了调试操作,在 ESXi 7.0 中,分区整合为更少且更大的分区,这使得分区管理更加灵活,VMware还开发了vSphere Client来监视内存使用情况。此外,VMware还在高可用性和容错能力上下功夫,延长了虚拟机的正常运行时间,VMware提供了一整套的虚拟化方案,一站式解决了用户的所有需求,上述这些仅仅只是VMware ESX所提供的广泛功能中的寥寥几个。
 
尽管许多竞品现在也提供 ESXi 所具有的一些功能,但ESXi凭借着可管理性、安全性和可用性等方面的优势,其hypervisor一哥的地位,在短期内依然无法撼动。
 
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