5373695315虚拟化软件选型对比.doc
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1、虚拟化软件选型对比目 录一. 服务器虚拟化软件选型31.1 服务器虚拟化技术31.1.1 UNIX服务器虚拟化技术41.1.2 x86服务器虚拟化技术131.2 服务器虚拟化软件整体选型要求201.3 服务器虚拟化软件对比221.3.1 VMware vSphere221.3.2 Microsoft Hyper-V321.3.3 Citrix XenServer361.3.4 RedHat KVM411.4 选型对比结论431.4.1 x86服务器虚拟化技术对比分析43二. 桌面虚拟化软件选型472.1 桌面虚拟化软件整体选型要求472.2 桌面虚拟化软件对比482.2.1 Citrix Xe
2、nDesktop482.2.2 VMware View532.2.3 Microsoft VDI582.2.4 RedHat VDI612.3 选型对比结论65一. 服务器虚拟化软件选型1.1 服务器虚拟化技术服务器虚拟化也称系统虚拟化,它把一台物理计算机虚拟化成一台或多台虚拟计算机,各虚拟机间通过被称为虚拟机监控器(Virtual Machine Monitor,VMM)的虚拟化层共享CPU、网络、内存、硬盘等物理资源,每台虚拟机都有独立的运行环境。虚拟机可以看成是对物理机的一种高效隔离复制,要求同质、高效和资源受控。同质说明虚拟机的运行环境与物理机的环境本质上是相同的;高效指虚拟机中运行的
3、软件需要有接近在物理机上运行的性能;资源受控指VMM 对系统资源具有完全的控制能力和管理权限。一般来说,虚拟环境由三个部分组成:硬件、VMM 和虚拟机。VMM 取代了操作系统的位置,管理着真实的硬件。服务器虚拟化示意图对服务器的虚拟化主要包括处理器(CPU)虚拟化、内存虚拟化和I/O 虚拟化三部分,部分虚拟化产品还提供中断虚拟化和时钟虚拟化。CPU 虚拟化是VMM 中最核心的部分,通常通过指令模拟和异常陷入实现。内存虚拟化通过引入客户机物理地址空间实现多客户机对物理内存的共享,影子页表是常用的内存虚拟化技术。I/O 虚拟化通常只模拟目标设备的软件接口而不关心硬件具体实现,可采用全虚拟化、半虚拟
4、化和软件模拟几种方式。按VMM 提供的虚拟平台类型可将VMM 分为两类:完全虚拟化(Full Virtualiztion),它虚拟的是现实存在的平台,现有操作系统无须进行任何修改即可在其上运行;类虚拟化(Para-Virtualiztion),虚拟的平台是VMM 重新定义的,需要对客户机操作系统进行修改以适应虚拟环境。完全虚拟化技术又分为软件辅助和硬件辅助两类。按VMM 的实现结构还可将VMM 分为以下三类:Hypervisor模型,该模型下VMM 直接构建在硬件层上,负责物理资源的管理以及虚拟机的提供;宿主模型,VMM 是宿主操作系统内独立的内核模块,通过调用宿主机操作系统的服务来获得资源,
5、VMM 创建的虚拟机通常作为宿主机操作系统的一个进程参与调度;混合模型,是上述两种模式的结合体,由VMM 和特权操作系统共同管理物理资源,实现虚拟化。1.1.1 UNIX服务器虚拟化技术从总体角度划分Unix上的虚拟化技术主要由硬件分区技术、逻辑分区技术和基于操作系统的虚拟化构成。1.1.1.1 物理分区技术硬件分区是指在专用服务器上实现,通过逻辑和电气方式隔离多个操作系统实例的分区技术。常见的硬件分区技术有HP的nPar(node partition),Sun的Dynamic System Domain。1) HP的物理分区即nPar硬件分区是使用称为 npartition 的 HP 技术在
6、单元板级别完成的。如下图是HP nPar示意图。HP nPar示意图硬件分区在支持多个单元板的服务器(Integrity 和 PA-RISC)上实现,用来隔离(以逻辑方式和电气方式)多个操作系统实例。也就是说,分配给一个硬件分区的单元板、核心、I/O 卡以及内存只能供在该分区中运行的操作系统使用。如果一个分区中的操作系统、软件或甚至是硬件出现问题,运行在其他分区中的操作系统和软件不受影响。硬件分区的重要特性包括: 在单元板级别实现。 提供功能隔离和电气隔离。 通过软件分区可以进一步细分 nPartition。 在支持 npartition 的Integrity服务器上,npartition 可
7、以运行 HP-UX、OpenVMS、Linux、Microsoft Windows 或所有这些操作系统(在单独的分区中)。2) Sun的硬件分区即动态系统域(Dynamic System Domains)Sun Fire 系统可以划分为若干个域。每个域均基于为其分配的系统板插槽。进一步讲,每个域均被从电气上隔离在不同的硬件分区中,这保证了一个域中的某种故障不会影响到服务器上的其他域。 每个域的配置均由驻留于高端服务器的系统控制器( SC) 上的配置数据库来确定。配置数据库 在高端系统上则为平台配置数据库 (PCD) 可控制如何将系统板插槽从逻辑上分区为域。域配置表示了预定的域配置。因此,该配置
8、可以包含空的插槽和已占用的插槽。给定域上插槽的可用数量是由 ACL 控制的。ACL 是可用组件列表(对于高端系统域)或访问控制列表(对于中型系统域)的缩写。所有域的 ACL 均保存在 SC 上。在更改插槽的状况之前,必须先将它分配给域,或对域来说该插槽是可用的。将插槽分配给某个域后,它对于所属的域是可见的,而对于其他的域既不可见也不可用。反之,在将插槽分配并连接到其他域之前,必须先从它当前所在的域中断开与该插槽的连接并取消对该插槽的分配。 逻辑域是隶属于域的一组插槽。而物理域则是物理上互连的一组板。插槽可以是逻辑域的成员,而不必是物理域的一部分。在域引导之后,可以将系统板和空的插槽分配给逻辑域
9、,或从逻辑域取消对它们的分配,但是只有在操作系统发出请求之后,才允许它们成为物理域的一部分。尚未被分配给域的系统板或插槽对所有域均是可用的。平台管理员可以将这些板分配给域,不过通过设置 SC 上的 ACL,也可以使具有适当权限的用户能够将可用的板分配给域。1.1.1.2 逻辑分区技术逻辑分区是指在服务器或物理分区上对CPU、内存、I/O等资源的物理划分,资源之间没有电气隔离。代表的技术有IBM的LPar(logical partition)、DLpar(dynamic logical partition),HP的vPar(virtual partition)和Sun的Logical Domai
10、ns。1) HP的逻辑分区技术即vPar(virtual partition)逻辑分区和运行在操作系统上的虚拟化技术也被称为软件分区。软件分区提供比 nPar 更细的分区。vPar可以在处理器核心级别对服务器资源进行划分,提供功能隔离并非电气隔离。vPar只支持HP-UX实例。HP vPar示意图2) IBM的逻辑分区技术 逻辑分区(Lpar)逻辑分区(LPAR )就是将单台服务器划分成多个逻辑服务器,彼此运行独立的操作系统和应用程序。逻辑分区不同于物理分区(Physical Partitioning PPAR ),物理分区是将物理的将物理资源组合形成分区,而逻辑分区则不需要考虑物理资源的界限
11、。相对而言,逻辑分区具有更多的灵活性,可以在物理资源中自由的选择部件,这需要有比较好的保证,即最大化的使用系统资源,但又最小化不必要的资源再分配,并且方便的进行再分配。在逻辑分区的环境下,如CPU 、内存和I/O 都可以独立的分配给每个分区。逻辑分区的配置和管理是通过硬件管理控制台(Hardware Management Console )。 动态逻辑分区(DLpar)单台服务器上管理、协调工作量,逻辑分区提供许多灵活性,因为可以将单台服务器划分成多台逻辑服务器,而且每台逻辑服务器都具有自己的资源,然而,逻辑分区也有些限制,如要增加或删除资源,必须停止逻辑分区的运行,然后重新引导分区。动态逻辑
12、分区,则消除了以上的局限,例如具有动态增加、删除资源的能力,可以动态的增加、删除CPU 、内存和适配卡,而不用重新启动机器。动态逻辑分区,具有逻辑分区的所有优点,又增加了动态改变系统资源使用的能力。IBM DLpar示意图在动态逻辑分区的环境下,提供了更大的灵活性,硬件资源可以按需分配,具体优势包括: RAS (reliability, availability, serviceability )性能进一步得到提高。有故障的CPU可以动态删除,另外动态逻辑分区组合CUoD 是CPU 可动态备份,故障的CPU 可以被后备的CPU 透明的替换。 升级PCI 系统主板(带热插拔功能),升级可不需重新
13、启动而又不影响其他的分区 转移系统资源到最需要的分区中。例如,应用程序如耗尽了CPU 资源,另外的CPU可以动态的分配到此分区。 通过CUoD 功能可动态的激活并使用资源,这些后备的资源,可以在系统管理员认为机器需要更多的处理能力时激活使用,而这些后备资源可以在客户确定要激活时才付费。 I/O 设备,如光驱、带机,可以很快又容易的从一个分区再分配到另一个分区以供安装、备份等用。 在系统运行的高峰时刻,可以在分区之间移动CPU ,内存,高峰过后则可将这些资源重新转移回去。 新创建的分区可以比较简单的从空闲的资源池(CPU 、内存和I/O )中获取资源。 IBM逻辑分区的其它技术VIO 服务器VI
14、O服务器负责向使用它们的客户端提供 I/O 服务。它们的物理适配器供一个或多个 VIO 客户端分区共享。这有助于消除对专用网络和/或 I/O 的需求,从而减少了成本。IBM 的实现方法使用了共享以太网和虚拟 SCSI 来支持共享网络和磁盘 I/O。VIO示意图微分区和共享处理器逻辑分区(Shared Processor Logical Partitioning,SLPAR)微分区允许客户端将它的 CPU 资源分一部分给虚拟分区,并且最高支持一个 CPU 的 1/10 的资源。虚拟服务器可以在任何物理服务器上运行,因为物理处理器是完全共享的。也可以通过使用一种称为未封顶分区的特性来扩大 CPU
15、数量和它们的授权容量(Entitled Capacity,EC),授权容量在创建 CPU 的配置文件时配置。这是一个重要特性,因为允许系统在突发的 CPU 密集时期(从共享一个处理器池的其它逻辑分区)使用未使用的 CPU 资源,这些资源在其它时间是空闲的,这样,能够以一种动态方式简化工作负载管理。如下图是微分区的示意图。微分区示意图动态分区迁移(Live Partition Mobility)动态分区迁移是在 IBM 的 POWER6架构中引入的,支持将正在运行的 LPAR(可以是 AIX 或 Linux)从一个物理服务器移动到另一个服务器。3) SUN Solaris的逻辑分区,即逻辑域(L
16、ogical Domains)SUN Solaris可以基于服务器物理资源,如CPU、内存、I/O、和存储等资源,创建服务器分区,该分区叫做virtual domain虚拟域,或称logical domain逻辑域,每个LDom可以运行一个单独的操作系统。相比硬件分区的动态域逻辑域有如下特性: 逻辑域移动(Domain Mobility)域可动态移动,随资源及维护需求增长进行调节,或是在利用率较低时通过单个移动命令来降低能量消耗。 虚拟I/O动态重组(Virtual I/O Dynamic Reconfiguration)能够无需重新启动即为一个域增添虚拟服务和虚拟设备。 网络接口单元的混合I
17、/O 特性(Hybrid I/O for Network Interface Units)允许从一个来宾域(Guest Domain)的虚拟网络接口直接访问一个I/O域下的物理网络接口。1.1.1.3 基于操作系统的虚拟化技术基于操作系统的虚拟化技术是指基于操作系统层面的虚拟化技术。代表技术有HP在Integrity架构服务器上的VM(Virtual Machine),IBM的WPar(Workload Partition),Sun的Solaris Containers。1) HP Integrity上的VM技术Integrity VM Integrity Virtual Machines允许
18、亚核心级别分区。通过时间片实现。 提供功能隔离而不是电气隔离,虚拟出的操作系统被称为guest虚拟操作系统。 Integrity VM支持HP-UX、Linux和Windows实例。2) IBM 的工作负载分区(WPAR)技术WPAR是AIX上基于操作系统的虚拟化技术。 WPAR 是AIX一个重要的虚拟化元素,它允许更细粒度的工作负载。类似于 Solaris Containers/Zones,WPAR提供了将逻辑分区拆分为工作负载的能力。每个工作负载都具有自己的包含环境,但没有自己的内核。经过配置的 WPAR 是 LPAR 的一部分,它减少了需要维护的 AIX 映像的数量。WPAR 在 AIX
19、 实例中共享系统资源:目录、CPU、RAM 和 I/O。3) Sun的Containers技术Solaris Containers是指使用资源管理功能的 Solaris 区域。“Containers”是一种操作系统虚拟化类型。每个Solaris Containers只允许运行一份操作系统。虚拟域和虚拟机允许不同类型的操作系统在同一台物理机器上相应情况下运行。然而,就像所有虚拟机技术一样,这种方法产生极大性能开销。对比之下,Solaris Containers相当轻便,并且几乎不会产生任何性能开销。不过,Solaris Containers只允许运行一个操作系统版本。Containers提供多个
20、独立地工作负载环境,这些环境具有严格地安全性和资源管理功能。由于只有一个操作系统映像,Solaris Containers方法相当高效,而且可减少管理杂务。Containers内有两种区域类型:全局区域和非全局区域。全局区域包含 Solaris 操作系统地全功能安装,而且可由系统硬件引导。这样,当某个 Solaris 操作系统安装由系统硬件引导时,该安装就成为全局区域。一个系统上只运行一个全局区域。然后,全局区域管理员创建包含 Zonecfg 和 Zoneadm 的非全局区域。全局区域控制所有非全局区域地安装、维护、操作和删除。1.1.1.4 UNIX虚拟化技术分析UNIX平台虚拟化分类如下表
21、:物理分区技术:HP和Sun拥有真正的物理分区技术可以做到物理和电气的完全隔离。CPU、内存、IO都分数不同的硬件分区,彼此之间不会存在影响。缺点是只有高端服务器支持物理分区。逻辑分区技术:主流厂商都有自己的逻辑分区技术。但是每种逻辑分区技术又有自身的特点。UNIX平台虚拟化技术对比分析如下表:基于操作系统的虚拟化技术:HP Integrity VM可以在HP-UX nPar的基础上再虚拟出VM可运行HP-UX、Linux、Windows的系统。Sun的Containers技术可以在Solaris10内部再虚拟出运行Solaris9、Solaris8等版本OS的系统。1.1.2 x86服务器虚
22、拟化技术目前市场上服务器虚拟化软件很多,大体分为两类:一类称为的基于硬件虚拟化技术(Bare Metal Architecture),也成为Type1;另外一类是基于主机操作系统的虚拟化软件(Hosted Architecture),也成为Type2。1.1.2.1 类型1:基于硬件虚拟化技术基于硬件的虚拟化技术,它的实现过程是虚拟化软件直接安装服务器裸设备上,在服务器硬件上建立一个被称作hypervisor的虚拟层。虚拟机可以任意创建在这个虚拟层上,在虚拟机上可以安装各种操作系统,部署应用业务,代表软件有VMware vSphere、Citrix XenServer和Hyper-V等,这类软
23、件依赖于虚拟层内核,性能优于基于主机的虚拟化软件。1.1.2.2 类型2:基于主机操作系统的虚拟化技术基于主机操作系统的虚拟化技术,其实现过程是先在服务器硬件上安装主机操作系统,被称为Host OS,然后在这个主操作系统上安装虚拟化软件,建立虚拟层,在该虚拟层上创建不同Guest OS的虚拟机,代表软件有Parallels Virtuozzo等。Parallels的 Virtuozzo是一款非常有代表性的操作系统虚拟化软件。Virtuozzo在一台物理服务器上创建多个相互隔离的虚拟专用服务器(Virtual Private Servers ,VPS)。这些VPS以最大化的效率共享硬件、软件、软
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