虚拟化 - Xen

 http://www.cnblogs.com/BloodAndBone/archive/2010/11/02/1866907.html

1. XEN 简介 

XEN 是一个基于X86架构、发展最快、性能最稳定、占用资源最少的开源虚拟化技术。

Xen可以在一套物理硬件上安全的执行多个虚拟机，与 Linux 是一个完美的开源组合，Novell SUSE Linux Enterprise Server 最先采用了XEN虚拟技术。它特别适用于服务器应用整合，可有效节省运营成本，提高设备利用率，最大化利用数据中心的IT基础架构。 

XEN 是英国剑桥大学计算机实验室开发的一个虚拟化开源项目，XEN 可以在一套物理硬件上安全的执行多个虚拟机，它和操作平台结合的极为密切，占用的资源最少。目前稳定版本为XEN3.0。支持万贯虚拟化和超虚拟化。以高性能、占用资源少著称，赢得了IBM、AMD、HP、Red Hat和Novell等众多世界级软硬件厂商的高度认可和大力支持，已被国内外众多企事业用户用来搭建高性能的虚拟化平台。

http://www.cnblogs.com/ventlam/archive/2010/10/09/1846862.html

XEN架构如图2-1所示：

 

最底层的是计算机硬件，包括CPU，RAM，硬盘接口，网卡，外设数据总线等等。

硬件层之上，是Xen hypervisor层，包括总控界面（Xen Control Interface），虚拟CPU，虚拟RAM，虚拟硬盘，虚拟网卡等等。

在Xen层之上，是各个OS实例（OS instances）。其中最左边的OS实例很特别。在启动Xen的时候，最左边的OS实例，Domain0 on XenoLinux，自动被启动。Domain0里运行着Xen Control Software，这个软件控制着各个OS实例的启动，终止，以及监控其运行情况。

Domain0对于其它OS实例的控制，是通过Xen层中Xen Control Interface来实现的。而这个Xen Control Interface只对Domain0开放。其它OS实例只有被管理的义务，而没有管理其它实例的权力。DomUs可以运行被修改过或者标准化的操作系统。被修改的系统运行在paravirtualization（半虚拟化）每个OS实例都被分配一套虚拟的CPU，RAM，硬盘和网卡。每个OS实例使用这些虚拟的设备，与通常的OS并无不同。在新版的XEN中通过PCI允许客户OS直接读取硬件，以提高整体性能。如图2-2所示，客户OS直接使用硬件

 

 

2. VMware与XEN比较 

XEN和VMware是目前市场上主流的两大虚拟化产品。现将两者进行比较说明如下表： 

序号	虚拟化产品	详 细 说 明
1	VMware	建立在直接执行（直接在硬件上上运行用户级的虚拟机编码）和二进制译码（对特权级别编码进行动态编译）的基础上的。把一个完整的X86平台导出到虚拟机上，使大多数能在X86上执行的OS都能在虚拟机上运行，而不需要进行任何修改。
2	XEN	Xen的架构中使用了Para虚拟化技术。对虚拟出来的客户操作系统进行修改，使它明白它是在虚拟环境下运行。不过现在Intel和AMD已有支持超虚拟化技术的CPU,不需再做修改。Xen提供了API(Application Programming Interface),这样VMM就不需要进行指令翻译工作。运行Xen的系统开销确实非常小，大约占3％。系统性能可以接近在裸机上的性能，比Vmware快很多。

3. XEN 虚拟化技术特性 

Xen 是目前业界性能最高的超级管理 程序，其开销比同类专有产品低十倍。 Xen 独特的性能价值来自超虚拟化的使 用。超虚拟化使托管虚拟服务器可以与 超级管理程序共同协作，使企业应用程 序达到最佳的性能。其他供应商 (例如 Microsoft) 正争先恐后地实施自己的超 级管理程序，但至少已落后 Xen 项目 3 年。另外，Xen 还利用了 Intel VT 和 AMD 虚拟化处理器的硬件虚拟化能力。 

XEN 虚拟化技术的主要特性如下所示： 

◆  虚拟机的性能更接近真实的硬件平台； 

◆  可实现物理平台和虚拟平台间的自由切换； 

◆  在每个客户虚拟机支持到 32个虚拟CPU，通过VCPU热插拔； 

◆  支持PAE指令集的x86/32, x86/64平台； 

◆  能通过硬件辅助虚拟技术进行虚拟原始操作系统，可支持Microsoft Windows虚拟； 

◆  得到广泛的硬件厂家的大力支持，支持几乎所有的Linux设备驱动。

3.1 PV（Para-Vritralization）和FV（Full-Vritralization）的差别

转自：http://blog.csdn.net/hp_2008/article/details/7619980

PV（Para-Vritralization）和FV（Full-Vritralization）的差别，主要以guest OS的硬件仿真程度做区分。

FV：FV是一般较常看到的作法，所有的guest OS完全不会看到实际的硬件为何，只能使用由Supervisor所提供的所有虚拟硬件，因此，在这种机制下，guest OS动作的性能一定会大受虚拟接口的影响。另外还有一个特点，就是因为完全仿真的关系，不支持新的技术，连ACPI开关机的机制都无法使用，也就是当使用 者在FV的guest OS下，若直接触动关机的按钮（这里的按钮是由VMM所提供的，不是主机上的）会直接断电，而不会进行关机程序。

PV：至于PV的作法，有鉴于一般Virtual Machine工具都是以完全仿真的方式，造成性能上的降低，因此，XEN在设计上，希望各操作系统可以在开发时就已经将XEN的技术包括进去，这样在使 用时，就可以用局部仿真的方式，让操作系统可以直接使用到硬件中的CPU、内存等，而不需要通过XEN做仿真的操作。 

这样，若硬件都是由Virtual Machine仿真出来的，性能自然会变得比较慢，所以XEN所主推的概念就是，当操作系统默认支持XEN时就可以通过XEN的机制，直接使用到底层的硬件，而不是每个OS都要通过Hypervisor的接口，性能上就可大为提高。

半虚拟化的技术获得高效能的表现：较少的效能损失，典型的情况下大约损失2%，在最糟的情况下会有8%的效能耗损；与其它使用完全的虚拟化却造成最高到20%损耗的其他解决方案形成一个明显的对比。

在PV与FV的安装上，对CPU的要求是有差异的。以PV而言，因为OS原本就支持XEN，所以不需要经过特殊的处理步骤，因此，对CPU来于，没有特殊的要求，基本上都可以使用。 
但FV就不同，因为FV模式是以完全仿真的方式进行，所以CPU必须要特别将此功能加入到CPU的核心中，因此，CPU是有特殊需求的。在Intel与AMD中针对Virtual Machine所加入的功能名称不同，分别为Intel VT与AMD-V。

3.2 Xen 的特点

在目前Linux的世界，XEN并不是唯一的，除了XEN这一架构外，另外还有一个KVM（Kernel based Vitrual Machine）,从2.6.20版本之后的Linux Kernel就支持其功能。因为KVM的做法是以原本Kernel为依据，只要将其module加载即可使用，唯一较XEN弱势的是KVM以单一Full Virtuallization为服务方式。 

1. Xen是一款虚拟化软件，支持半虚拟化和完全虚拟化。它在不支持VT技术的cpu上也能使用，但是只能以半虚拟化模式运行。
   1. 半虚拟化的意思是需要修改被虚拟系统的内核，以实现系统能被完美的虚拟在Xen上面。完全虚拟化则是不需要修改系统内核则可以直接运行在Xen上面。
   2. VMware是一款完全虚拟化软件。完全虚拟的弱点是效率不如半虚拟化的高。半虚拟化系统性能可以接近在裸机上的性能。
2. Xen是由一个后台守护进程维护的，叫做xend，要运行虚拟系统，必须先将它开启。它的配置文件在/etc/xen/xend-config.sxp， 内容包括宿主系统的类型，网络的连接结构、宿主操作系统的资源使用设定，以及vnc连接的一些内容。（如果你想增加一个虚拟网络设备的话，是需要在这里设 定的）
3. /etc/xen/auto 的含义是如果你想让被虚拟系统随着宿主系统一同启动的话，就把虚拟系统的配置文件放到这个目录下面来。
4. /etc/xen/scripts 是些脚本文件，用于初始化各种虚拟设备，比如虚拟网桥等。（如果要增加一个虚拟网络设备，同样需要在此处调节）
5. 在/etc/xen下面会有些配置文件，这就是虚拟系统引导时所必须的些文件，里面记录了引导和硬件信息。
6. Xen的配置工具有许多，我使用的是virt-manager（GUI）、virt-install和xm。第一个用于管理和安装系统，第二个只用于安装系统，第三个用于启动系统。
7. 安装半虚拟Linux有两种方法，一种是利用Linux的网络安装方式安装，http、ftp、nfs方式都是可以的（特别注意：半虚拟环境下安装 Linux是不支持本地光驱或者iso镜像安装的！），并且RHEL5会自动生成配置文件。第二种是先建立镜像文件，并格式化，然后挂载到本地文件系统上 来，将虚拟系统需要用到的文件拷贝进去并修改，然后手工创建配置文件并启动。
8. 虚拟网络设备有三种模式：bridge桥模式、router路由模式和nat模式。其中桥模式是默认模式，在这种模式下，虚拟系统和宿主系统被认为是并列的关系，虚拟系统被配置IP或者dhcp后即可联通网络。
9. 原来的iptables无法对桥模式下的数据包做处理，RHEL5的iptables中增加了一个physdev的模块，可用iptables -m physdev -h查看帮助

 

4. Xen 和 KVM 比较

内容来自于阿里的分享，2017/12/13.