用人话讲虚拟化 1 - 道

虚拟化技术（Virtualization）是云计算的基础。他使得一台物理机器上能运行多台“虚拟机器”，每一台虚拟机器都认为自己独占物理机器，并互不影响（理想状态）。云计算厂商从而可以将一台物理机器虚拟成多个虚拟机器，卖给更多的用户。考虑到用户并不同时使用所有机器资源，虚拟化可以用更少的机器支持了更多的用户。换句话就是用更少的货卖出更多的钱。

本文主要讨论虚拟化技术的“实质”。

1. 什么是虚拟化？

虚拟化本身并不是一个新的概念，它是一个广泛应用的技术。其关键在于“接口”（Interface）和“复用”（Multiplexing）。

举一个“接口”的栗子。我们运行一个仿真器，在PC上运行小霸王学习机上的游戏。这个仿真器就把PC的接口转化成了小霸王学习机的接口，从而能无缝支持为小霸王开发的游戏。这种接口转化几乎的万能的，我们总可以写一套软件在一个接口上模拟出另外一种接口。

这种技术最大的问题就是，慢！

举一个“复用”的栗子。我们的ADSL网络连接，在同一个物理线路上可以支持多个用户的网络连接。更重要的是，假设物理带宽是10M，每个用户用2M，利用虚拟化技术我们可以支持多于5个的用户。因为所有用户同时使用最大带宽的情况很少见。可见，虚拟化技术可以用使有限的物理资源支持更多的用户。

代价是什么？性能不稳定。如果卖得用户太多，大家需求总和超过物理极限的时候，大家的性能都会受影响。因此，挑剔的用户和应用会选择预留专用资源，不跟其他人共享。

2. 平台虚拟化概念？

云计算中的虚拟化为“平台虚拟化（Platform Virtualization）”，因为其虚拟化对象是x86平台。

刚刚提到了“接口”与“复用”。那么云计算中的虚拟化实际就是要在一台x86机器的物理接口上，虚拟出多个x86的虚拟接口，在每个虚拟接口上运行一个操作系统，卖给不同的用户。可见，实现了多个虚拟x86接口，我们就可以实现复用，可以实现平台虚拟化。

注意要实现多个虚拟接口，我们必须要分隔开每个虚拟接口后边的“状态”。

举一个简单的栗子，假设我们开一个连锁银行，接口就是窗口柜台服务员，整个银行只有一个人会记账。在没有虚拟化时，记账的哥们站前台，来一个用户处理一个用户。假如本地客户很少，这哥们大部分时间就得闲着。于是我们在另一个城市开分店！分店里有若干窗口和前台服务员，所有记账请求都通过电话、网络传给记账帝，让他处理。这样记账帝就会忙一点了。

对用户来说，它们只跟窗口（接口）打交道，并不在乎有几个人记账。对银行来说，只要把每个客户的账（状态）分开就好了，这样整个银行里一个记账帝（CPU）就够用了。

所以，平台虚拟化实质就是一个物理设备，多个虚拟接口，状态分离。

3. 平台虚拟化实现

虚拟化技术的演变基本从纯软件，到paravirtualization，到hardware assisted virtualization。现如今广泛使用的实际是hardware assisted和paravirtuliazation的结合。

预知每个技术的详情，请分享点赞。。。不然实在没动力写。。。

关于作者

欧阳马上毕业，中国科学技术大学学士，美国匹兹堡大学在读博士生，研究方向操作系统，虚拟化。2013，2014年暑假作为实习生在美国VMware, Palo Alto ESX内核组从事CPU调度研发工作。