平常心认识和学习虚拟化

虚拟化简史

当下，虚拟化技术十分流行，但其实虚拟化并非最新技术，这种技术早在20世纪60年代就已经出现，并且在当时的IBM大型机（mainframe）上得以实现——在IBM CP-40上成功地运行了14部定制的IBM System/360。随后IBM推出的IBM S360/M67更是拥有一个转换层，提供了完整的虚拟化功能，该主机可以运行虚拟化的S360/M67，这可以说是虚拟化技术的第一次成功应用。

至于虚拟化的广泛应用，这就不得不提到一家公司，这家公司的名字叫VMware，当时该公司成功地实现了X86架构的虚拟化，并推出了比较成熟的产品——VMware Workstation。为什么要这么说呢？是因为要在X86架构上实现虚拟化要比其他平台复杂得多。为什么这么说呢？

由于X86架构最初主要用于个人计算机之上，所以当时Intel在设计X86 CPU时，为这种平台架构定义好了4个特权级别（privilege level），分别是ring 0、ring 1、ring 2、ring 3，并且规定操作系统的内核运行在ring 0这个级别，操作系统的应用程序运行在ring 3级别之上，所以ring 0和ring 3也就成为X86 CPU最常用的运行级别。至于ring 1和ring 2则比较少用到，驱动程序会用到这两个级别，并且每个运行级别的程序只能在自己的运行级别运行，所以这4个特权运行级别其实就是X86架构实现虚拟化的最大障碍。

试想作为一个虚拟化应用程序，按照运行级别，它应该运行在ring 3，而这个程序之上却要安装操作系统，操作系统则需要ring 0运行级别，在ring 3之上无法运作，这一直是困扰X86虚拟化技术实现的重大难题。

幸运的是，VMware在1998年使用BT（Binary Translate）技术解决了这一难题，随后推出了著名的VMware Workstation系列产品，并迅速占领市场。经过多年的创新和发展，VMware已经成为虚拟化主导厂商，占有虚拟化市场60%以上的份额，产品线也扩展到企业虚拟化、虚拟数据中心以及云计算等多个领域。

在虚拟化技术崛起这一段时间，X86的主导厂商Intel和AMD也推出了VT/AMD-V和EPT/NPT等多项硬件辅助虚拟化方面的新技术。前者扩展了X86架构，将传统的ring 0到ring 3特权级别定位为非Root模式，增加了Root Mode，该特权级别可以理解为ring -1，虚拟化程序可以直接运行在该级别，而不需要任何辅助技术就可以轻松实现虚拟化；而后者则优化了虚拟机系统内存管理单元（MMU），从而优化了虚拟机内存使用，从而提升了虚拟机的效率。

虚拟化技术的类别及主流的虚拟化产品

虚拟化技术经过了这么多年的发展，已经比较成熟了，同时也产生了一个体系庞大、门类复杂的虚拟化产品家族。下面就来详细介绍一下虚拟化的最基本专业名词、分类以及主流产品。

1.Host/Host OS和Guest/Guest OS

Host指的是物理主机，Guest指的是虚拟主机，而Host OS指的是物理主机的操作系统， Guest OS则是指虚拟主机的操作系统。例如，在物理主机上安装了Windows 7系统，Windows 7中安装了VMware Workstation，在Workstation中创建了一部Ubuntu虚拟机，然后在虚拟机中运行了Ubuntu操作系统，这时我们就称物理主机为Host，Windows 7为Host OS，Workstation中创建的虚拟主机为Guest，Ubuntu就是Guest OS。

2.寄居架构（Hosted）和裸金属架构（Bara metal）

寄居架构的虚拟化产品需要运行在某一操作系统之上，如常用的VMware Player、VirtualBox、VMWare Workstation以及停止更新的VMware Server等虚拟化产品都需要一个操作系统环境，或者是Windows，或者是Linux，抑或是Mac OS，没有操作系统这些虚拟化产品无法运作。

裸金属架构则要比寄居架构潇洒得多，无须任何操作系统就可以直接在裸机上运行，典型产品如VMware ESXi，可以在裸机上直接运行，而无须其他任何操作系统。

3.Nested Host

Nest在英文中是鸟巢、筑巢的意思。在虚拟化领域，Nested指的是一种虚拟机，即虚拟机中的虚拟机（OSes in OS），具体点说，就是Windows 7是Host OS，Ubuntu是Guest OS，而在Ubuntu中又使用VirtualBox创建了一部Windows XP虚拟机，那么这部Windows XP虚拟机就称为Nested Host。还有VMware推出的虚拟机方案vSphere in a box，也是基于Nested Host的。

4.P2V

P2V是Physical-to-Virtual的缩写，就是将物理计算机的操作系统转换为虚拟机操作系统的操作，这个操作可以通过VMware提供的vCenter Converter工具实现，也可以通过第三方工具实现。

云计算

随着虚拟化技术的成熟，云计算技术也变得越来越流行了，比较著名的云计算厂商有Amazon、Google以及Salesforce，Amazon是IaaS技术的代表厂商，Google的Google App Engine是PaaS的代表厂商，而Salesforce则是SaaS的代表厂商。那IaaS、PaaS、SaaS是什么意思呢？下面就逐一进行详细介绍。

1.IaaS

IaaS是Infrastructure as a Service的英文缩写，翻译过来就是“基础架构作为服务”的意思。那计算机的基础架构是什么呢？无外乎CPU、内存、硬盘等，其实质就是一部虚拟机，你可以从Amazon或其他IaaS提供商那里买到合乎需求（硬件、流量、价格等）的虚拟机作为你的服务器，并且可以通过浏览器快速部署操作系统和服务，令你的Web Service快速上线并提供服务。本书会介绍Amazon的云服务。

2.PaaS

PaaS是Platform as a Service的英文缩写，翻译过来就是“平台即服务”的意思。该平台主要是为广大程序员以及厂商提供一个在线的开发、测试和托管的服务，尤其适合网络应用程序的开发和维护。Google App Engine就是一个成功的典范，开发者可以轻而易举地在Google App Engine上注册账号进行开发和测试，至于开发环境和数据库，这些不用开发者操心，Google App Engine已经为大家准备好了，直接使用即可，从而大大提高了开发效率。

3.SaaS

SaaS是Software as a Service的英文缩写，这个大家可能比较熟悉，就是常说的“软件即服务”，软件作为一种服务提供给客户使用，著名的Salesforce就是该领域的佼佼者，为客户提供多种专业服务，如CRM、Marking、Chatter等。

关于本书

本书是一本虚拟化的入门图书，从日常虚拟化应用开始，进而介绍企业虚拟化应用。由于虚拟化技术是一个很大的概念，所以本书不会面面俱到，所有的虚拟化应用都是从个人或企业日常操作中精选出来的，以主流的VMware个人版/企业版和VirtualBox为例来介绍，最适合边学习边应用。

本书特色

本书最大的特色就是突出最为常用的虚拟化工具，如VMware以及VirtualBox丰富的应用，图文并茂，内容翔实，多数知识点都联系实际应用，并可以帮助读者解决应用中的实际问题和学习中的难题，提高应用效率。本书主要有以下三大特色：

● 突出最为常用的虚拟化应用，通过虚拟化应用实例来介绍虚拟化工具的使用。

● 虚拟化应用的选择全面且重点突出，从日常的虚拟化应用到企业的虚拟化应用全面涉及，但又重点讲解具有实用价值的应用。

● 循序渐进地学习，从日常的虚拟化应用，逐步过渡到企业级虚拟化应用。

本书配套虚拟机

为便于读者学习，本书配有创建好的虚拟机，下载地址如下。

Ubuntu 12.04：skydrive.live.com/redir?resid=E78559025012C3C8!6174&authkey=!AFg XCHVSCp2ivS0

OpenSUSE 12.2：skydrive.live.com/redir?resid=E78559025012C3C8!6158&authkey=!AK n64mx6Gfo-gUk

虚拟机版本需求：VMware Player 5.0/VMware Workstation 9及以上版本

用户名：linux

密码：1234567

关于图书的建议、批评

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感谢

特别感谢电子工业出版社的李冰和黄爱萍这两位编辑的支持和鼓励，使得本书能够如此之快和读者见面。

本书由何晓龙策划和编写，参与本书创作和编写的有何晓龙、上海电力学院的邢利荣。由于虚拟化应用范围十分广泛，再加上水平有限，书中疏漏和错误之处在所难免，敬请广大读者批评指正。

何晓龙

2013年4月