如何通過(guò)數(shù)據(jù)中心虛擬化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)彈性可擴(kuò)展性？

數(shù)據(jù)中心虛擬化技術(shù)可以細(xì)分為如下：

1、全虛擬化（Full Virtualization）全虛擬化是指虛擬機(jī)模擬了完整的底層硬件，包括處理器、物理內(nèi)存、時(shí)鐘、外設(shè)等，使得為原始硬件設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)或其它系統(tǒng)軟件完全不做任何修改就可以在虛擬機(jī)中運(yùn)行。操作系統(tǒng)與真實(shí)硬件之間的交互可以看成是通過(guò)一個(gè)預(yù)先規(guī)定的硬件接口進(jìn)行的。全虛擬化 VMM 以完整模擬硬件的方式提供全部接口（同時(shí)還必須模擬特權(quán)指令的執(zhí)行過(guò)程）。舉例而言，x86 體系結(jié)構(gòu)中，對(duì)于操作系統(tǒng)切換進(jìn)程頁(yè)表的操作，真實(shí)硬件通過(guò)提供一個(gè)特權(quán) CR3 寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)該接口，操作系統(tǒng)只需執(zhí)行 "mov pgtable,%%cr3" 匯編指令即可。全虛擬化 VMM 必須完整地模擬該接口執(zhí)行的全過(guò)程。如果硬件不提供虛擬化的特殊支持，那么這個(gè)模擬過(guò)程將會(huì)十分復(fù)雜：一般而言，VMM 必須運(yùn)行在最高優(yōu)先級(jí)來(lái)完全控制主機(jī)系統(tǒng)，而 Guest OS 需要降級(jí)運(yùn)行，從而不能執(zhí)行特權(quán)操作。當(dāng) Guest OS 執(zhí)行前面的特權(quán)匯編指令時(shí)，主機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生異常（General Protection Exception），執(zhí)行控制權(quán)重新從 Guest OS 轉(zhuǎn)到 VMM 手中。VMM 事先分配一個(gè)變量作為影子 CR3 寄存器給 Guest OS，將 pgtable 代表的客戶機(jī)物理地址（Guest Physical Address）填入影子 CR3 寄存器，然后 VMM 還需要 pgtable 翻譯成主機(jī)物理地址（Host Physical Address）并填入物理 CR3 寄存器，最后返回到 Guest OS中。隨后 VMM 還將處理復(fù)雜的 Guest OS 缺頁(yè)異常（Page Fault）。比較著名的全虛擬化 VMM 有 Microsoft Virtual PC、VMware Workstation、Sun Virtual Box、Parallels Desktop for Mac 和 QEMU。

2、超虛擬化（Paravirtualization）這是一種修改 Guest OS 部分訪問(wèn)特權(quán)狀態(tài)的代碼以便直接與 VMM 交互的技術(shù)。在超虛擬化虛擬機(jī)中，部分硬件接口以軟件的形式提供給客戶機(jī)操作系統(tǒng)，這可以通過(guò) Hypercall（VMM 提供給 Guest OS 的直接調(diào)用，與系統(tǒng)調(diào)用類似）的方式來(lái)提供。例如，Guest OS 把切換頁(yè)表的代碼修改為調(diào)用 Hypercall 來(lái)直接完成修改影子 CR3 寄存器和翻譯地址的工作。由于不需要產(chǎn)生額外的異常和模擬部分硬件執(zhí)行流程，超虛擬化可以大幅度提高性能，比較著名的 VMM 有 Denali、Xen。

3、硬件輔助虛擬化（Hardware-Assisted Virtualization）硬件輔助虛擬化是指借助硬件（主要是主機(jī)處理器）的支持來(lái)實(shí)現(xiàn)高效的全虛擬化。例如有了 Intel-VT 技術(shù)的支持，Guest OS 和 VMM 的執(zhí)行環(huán)境自動(dòng)地完全隔離開(kāi)來(lái)，Guest OS 有自己的“全套寄存器”，可以直接運(yùn)行在最高級(jí)別。因此在上面的例子中，Guest OS 能夠執(zhí)行修改頁(yè)表的匯編指令。Intel-VT 和 AMD-V 是目前 x86 體系結(jié)構(gòu)上可用的兩種硬件輔助虛擬化技術(shù)。

4、部分虛擬化（Partial Virtualization）VMM 只模擬部分底層硬件，因此客戶機(jī)操作系統(tǒng)不做修改是無(wú)法在虛擬機(jī)中運(yùn)行的，其它程序可能也需要進(jìn)行修改。在歷史上，部分虛擬化是通往全虛擬化道路上的重要里程碑，最早出現(xiàn)在第一代的分時(shí)系統(tǒng) CTSS 和 IBM M44/44X 實(shí)驗(yàn)性的分頁(yè)系統(tǒng)中。

5、操作系統(tǒng)級(jí)虛擬化（Operating System Level Virtualization）在傳統(tǒng)操作系統(tǒng)中，所有用戶的進(jìn)程本質(zhì)上是在同一個(gè)操作系統(tǒng)的實(shí)例中運(yùn)行，因此內(nèi)核或應(yīng)用程序的缺陷可能影響到其它進(jìn)程。操作系統(tǒng)級(jí)虛擬化是一種在服務(wù)器操作系統(tǒng)中使用的輕量級(jí)的虛擬化技術(shù)，內(nèi)核通過(guò)創(chuàng)建多個(gè)虛擬的操作系統(tǒng)實(shí)例（內(nèi)核和庫(kù)）來(lái)隔離不同的進(jìn)程，不同實(shí)例中的進(jìn)程完全不了解對(duì)方的存在。