虛擬化工作平臺

設(shè)計(jì)虛擬。

Dell Precision M3800，移動觸控工作站，服務(wù)器虛擬化系統(tǒng)。

虛擬化是未來數(shù)據(jù)中心的趨勢，但監(jiān)控工具很難區(qū)分其監(jiān)控的服務(wù)器是一臺物理機(jī)，還是一臺虛擬機(jī)，也不可能知道硬件系統(tǒng)會對服務(wù)器可用性存在潛在影響，而虛擬化平臺的可用性直接影響到運(yùn)行在其之上的虛擬服務(wù)器的可用性。監(jiān)控軟件處理的應(yīng)該是主服務(wù)器硬件出現(xiàn)的問題，但是如果主服務(wù)器處于危險之中，那么任何在主機(jī)上運(yùn)行的虛擬機(jī)也面臨同樣的問題，因此，虛擬化云環(huán)境的高可用性方案也會是未來的趨勢之一。

服務(wù)器簡介

虛擬化是指通過虛擬化技術(shù)將一臺計(jì)算機(jī)虛擬為多臺邏輯計(jì)算機(jī)，它是一個廣義的術(shù)語，目的是將IT基礎(chǔ)設(shè)施簡單化。虛擬化的對象可以包括服務(wù)器、Internet、桌面以及存檔空間的虛擬化。自從虛擬化這個概念的提出，其優(yōu)點(diǎn)被大多數(shù)人所熟知，服務(wù)器虛擬也變得流行，在過去很長一段時間，世界有一半的服務(wù)器都被虛擬化過。它自身存在的一些問題也逐漸袒露在大家面前，例如:服務(wù)器虛擬化的過程中顛覆了原有的一些基本結(jié)構(gòu)，使虛擬后的服務(wù)器的安全性問題沒有辦法得到保障，在此基礎(chǔ)上訪問一些軟件可能會產(chǎn)生個人隱私流出的危害，這也將連累被共同虛擬的服務(wù)器，而其保存方式也大大增加了信息被盜的幾率。由此可見，虛擬化帶來的弊端亟需人們解決，根據(jù)一項(xiàng)系統(tǒng)的研究表明，大部分的虛擬服務(wù)器都比物理服務(wù)器更容易被攻擊。

服務(wù)器優(yōu)點(diǎn)

1、整合資源

完成資源整合是服務(wù)器虛擬化的主要工作，在信息時代，各行各業(yè)在發(fā)展過程中，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)爆炸式增長，如何實(shí)現(xiàn)對這些數(shù)據(jù)和資源的綜合利用，是各大行業(yè)亟需解決的問題。計(jì)算機(jī)服務(wù)器虛擬化技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)資源整合提供技術(shù)支持和應(yīng)用平臺。尤其是近年來，云計(jì)算技術(shù)的不斷普及，集中化資源管理愈發(fā)先進(jìn)，為云技術(shù)的發(fā)展和推廣提供了條件，目前各大企業(yè)對計(jì)算機(jī)硬件資源的利用率不足20%，資源浪費(fèi)現(xiàn)象依然非常嚴(yán)重，通過服務(wù)器虛擬化技術(shù)可在原應(yīng)用保持不變的基礎(chǔ)上，集中在某一計(jì)算機(jī)服務(wù)器中，可促使企業(yè)的物力資源調(diào)利用率大大提升，從而降低了各項(xiàng)硬件的投入，節(jié)約了成本。

2、低能耗

在信息時代，技術(shù)革新的重中之重，也是降低資源消耗的主要途徑，云計(jì)算技術(shù)備受推廣，在IT界大量推廣云計(jì)算技術(shù)。計(jì)算機(jī)服務(wù)器虛擬化是提升資源利用率的主要途徑，也可以對能耗進(jìn)行合理的管理。虛擬化技術(shù)則可以模擬出不同場景，從而實(shí)現(xiàn)對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各種硬件及軟件進(jìn)行全面系統(tǒng)的檢查，發(fā)現(xiàn)問題立即顯示在界面上，提醒相關(guān)人員及時處理，從而達(dá)到降低能耗，實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展的目的。

3、降低運(yùn)營成本

在信息化服務(wù)商不斷經(jīng)營轉(zhuǎn)型的背景下，集約化對成本控制提出了更高的要求，投資愈發(fā)精細(xì)化，而企業(yè)實(shí)現(xiàn)IT化運(yùn)行的關(guān)鍵自傲與集中對數(shù)據(jù)中心的投資，此項(xiàng)內(nèi)容主要涉及到兩方面內(nèi)容；①計(jì)算機(jī)硬件和許可服務(wù)支持的投資。②計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)維承的成本投資，通過計(jì)算機(jī)服務(wù)器虛擬化技術(shù)，能充分發(fā)揮服務(wù)器應(yīng)的性能。

4、應(yīng)用更加平坦化

通過服務(wù)器虛擬化技術(shù)可促使計(jì)算機(jī)服務(wù)器應(yīng)用平臺更加平坦化和透明化，在信息時代，數(shù)據(jù)中心平臺逐年增加，計(jì)算機(jī)服務(wù)器的應(yīng)用愈發(fā)復(fù)雜，不同平臺在具體運(yùn)行過程中，需要充分考慮不同操作系統(tǒng)和中間件的層面問題。通過服務(wù)器虛擬化技術(shù)可有效解決此類問題，將應(yīng)用和硬件平臺相互隔離，實(shí)現(xiàn)了跨越平臺的限制。

服務(wù)器關(guān)鍵技術(shù)

1、CPU虛擬化技術(shù)

將計(jì)算機(jī)服務(wù)器中的物理CPU虛擬成為一個虛擬的CPU，系統(tǒng)操作可同時使用一個或者多個虛擬CPU，在計(jì)算機(jī)服務(wù)器系統(tǒng)虛擬化CPU可實(shí)現(xiàn)相互隔離。目前很多計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)都是基于X86架構(gòu)組建起來的，在系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計(jì)中，CPU在運(yùn)行過程中主要涉及到四個層級，分別是Ring0、Ring1、Ring2、Ring3。其中Ring0屬于指令層級，可有效執(zhí)行任何指令，比如；CPU運(yùn)行的修改都是在Ring0中完成的。虛擬化X86系統(tǒng)，在運(yùn)行需要在操作系統(tǒng)和硬件之間同時設(shè)置虛擬層，Ring0通常情況下，只能在虛擬層中運(yùn)行，使得一些比較特殊的指令，無法直接作用在硬件上。虛擬化技術(shù)則能對各種指令進(jìn)行有效執(zhí)行，在計(jì)算機(jī)服務(wù)器虛擬中采用了先進(jìn)的二進(jìn)制代碼動態(tài)翻譯機(jī)，無論是普通指令，還是特權(quán)指令都能有效執(zhí)行。應(yīng)用比較先進(jìn)的前插陷入指令，直接作用在虛擬機(jī)上，由虛擬機(jī)進(jìn)行指令翻譯，再執(zhí)行相關(guān)操作，此種做法和傳統(tǒng)虛擬技術(shù)相比，從而實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)操作，是目前實(shí)現(xiàn)CPU虛擬化的關(guān)鍵技術(shù)。

2、內(nèi)存虛擬化技術(shù)

內(nèi)存虛擬化是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)服務(wù)器虛擬化的核心，眾所周知，計(jì)算機(jī)的內(nèi)存決定了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性，內(nèi)存虛擬化的主要原理對服務(wù)器中的所有內(nèi)存都進(jìn)行統(tǒng)一管理，然后通過虛擬化的封裝技術(shù)，讓內(nèi)存能夠在虛擬機(jī)中良好運(yùn)行。進(jìn)而促使每個虛擬機(jī)都能良好運(yùn)行。在實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)服務(wù)器虛擬化過程中，內(nèi)存虛擬技術(shù)和CPU虛擬技術(shù)同等重要，訪問次數(shù)的頻率也相互一致。實(shí)現(xiàn)虛擬化內(nèi)存的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)對物理內(nèi)存的合理管理，并實(shí)現(xiàn)對內(nèi)存的合理劃分，構(gòu)建起和虛擬層所需內(nèi)存地址及計(jì)算機(jī)服務(wù)器內(nèi)存地址相互一致的映射關(guān)系，從而確保整個虛擬層的內(nèi)存訪問能夠在虛擬化內(nèi)存和物理內(nèi)存中的一致性。

3、設(shè)備、I/O和網(wǎng)口虛擬化技術(shù)

在計(jì)算機(jī)服務(wù)器虛擬化實(shí)現(xiàn)過程中，設(shè)備和I/O也是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要組成部門，也需要實(shí)現(xiàn)虛擬化，才能促使服務(wù)器也實(shí)現(xiàn)虛擬化。和內(nèi)存虛擬化相比，設(shè)備、I/O和網(wǎng)口虛擬化主要通過專業(yè)的封裝技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，為虛擬機(jī)的運(yùn)行提供技術(shù)支持。經(jīng)常滿足虛擬機(jī)進(jìn)行設(shè)備訪問和I/O請求的需求，在計(jì)算機(jī)服務(wù)器虛擬化平臺中，為設(shè)備和I/O的虛擬化實(shí)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在具體運(yùn)行中，各設(shè)備型號、配置、參數(shù)等在計(jì)算機(jī)服務(wù)器中存在一定的差異，但具體實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)服務(wù)器中，虛擬機(jī)和實(shí)體機(jī)之間數(shù)據(jù)和信息的互換，展現(xiàn)出服務(wù)器虛擬化技術(shù)應(yīng)用的效果。此項(xiàng)技術(shù)的合理應(yīng)用，既能拓展計(jì)算機(jī)服務(wù)器虛擬化技術(shù)的應(yīng)用范圍，也可以大幅度降低信息時代對計(jì)算機(jī)底層硬件的依賴程度。只要搭設(shè)虛擬平臺，就可以實(shí)現(xiàn)在不同物理機(jī)上的相互遷移。

4、實(shí)時虛擬遷移技術(shù)

此種虛擬技術(shù)和基站軟切換的機(jī)理基本相同，在計(jì)算機(jī)服務(wù)器中構(gòu)建了2條鏈路，虛擬機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中，能夠把相對完整的運(yùn)行環(huán)境從原宿機(jī)快速遷移到新宿機(jī)中，整個遷移過程所需的時間非常短，用戶技術(shù)幾乎察覺不到任何變化。簡而言之，實(shí)時虛擬遷移技術(shù)就是數(shù)據(jù)拷貝、傳送、切換的過程，對計(jì)算機(jī)服務(wù)器硬件維護(hù)有非常重要的意義。

服務(wù)器風(fēng)險

1、虛擬化項(xiàng)目最初并未涉及信息安全。

有一項(xiàng)權(quán)威的研究發(fā)現(xiàn)，在最初創(chuàng)建以及策劃時，少于一半的科研項(xiàng)目是不符合安全規(guī)定的。有時團(tuán)體工作時會刻意地把安全問題忘記，可是虛擬化過程中帶來的問題是不容忽視的，多個虛擬化服務(wù)器工作時帶來的弊端比未被虛擬化時帶來的問題更為嚴(yán)重。所以研究這些問題時也更為繁瑣。

2、底層虛擬化平臺的隱患影響所有托管虛擬機(jī)。

將服務(wù)器虛擬化就像在電腦上運(yùn)行程序一樣，都需要借助一個平臺。而該平臺或多或少會有一些bug而被人們疏忽。最近一些大型虛擬化廠商多次傳出虛擬化生產(chǎn)線存在安全隱患，這些隱患尚未得到解決。所以一些人想要攻擊時都會選擇進(jìn)攻底層虛擬化平臺，通過控制住中樞系統(tǒng)，逃脫安全檢測。進(jìn)而將病毒帶入各個服務(wù)器中，攻擊其弊端，獲得了閱覽所有信息的權(quán)限，導(dǎo)致信息的泄露。

3、虛擬機(jī)之間的虛擬網(wǎng)絡(luò)使現(xiàn)有的安全策略失效。

一些知名的虛擬化生產(chǎn)廠商使用建立虛擬機(jī)和虛擬網(wǎng)卡的辦法使各虛擬機(jī)之間能相互關(guān)聯(lián)以此來實(shí)現(xiàn)信息發(fā)送與接受的能力。一些主流的保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)范圍都只能保護(hù)常規(guī)服務(wù)器的進(jìn)出流量，卻無法看到各個虛擬機(jī)之間的流量傳輸，無法對虛擬化的流量傳輸提供保障。

4、將不同安全等級的虛擬機(jī)未進(jìn)行有效隔離。

一些虛擬化生產(chǎn)廠商正在嘗試將服務(wù)器全部虛擬化，這樣既減少了經(jīng)費(fèi)又加快了生產(chǎn)速度。這些服務(wù)器包括許多隱私等級較高的系統(tǒng)，所以就要求虛擬機(jī)足夠安全。而如果未將安全指數(shù)不同的服務(wù)器分離開，它們由相同的服務(wù)器支配，高等級的虛擬機(jī)的安全性也會降低并被較低的所控制。

5、缺乏對虛擬機(jī)管理程序的安全訪問控制。

虛擬機(jī)管理程序就像人腦的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，它支配著虛擬機(jī)的一切活動，對各個步驟下發(fā)指令，并監(jiān)督更正兩端的功能，因此必須設(shè)立權(quán)限防止被隨意更改。如果沒有這種訪問權(quán)限，HK們就會通過地址連接到中樞神經(jīng)上，就算他們無法輕易進(jìn)入程序也可以通過創(chuàng)建多個服務(wù)器進(jìn)而使管理程序滿載，迫使管理程序崩潰進(jìn)而摧毀所有的虛擬機(jī)。

為向訪客操作系統(tǒng)提供一些額外的特性，Hyper-V提供了集成組件。通過使用Hyper-V，大大提高了虛擬化平臺的可伸縮性、可用性、可管理性和性能。使用終端服務(wù)（Terminal Service）提供的顯示虛擬化（presentation virtualization），可以避免分布式應(yīng)用程序的部署問題。終端服務(wù)可以幫助監(jiān)控網(wǎng)關(guān)連接狀態(tài)、事件和健康狀況。

Hyper-V在其虛擬機(jī)中支持兩類設(shè)備：合成設(shè)備和模擬設(shè)備。合成設(shè)備本質(zhì)上就是把虛擬機(jī)設(shè)備發(fā)出的設(shè)備請求打包，然后轉(zhuǎn)發(fā)給新的VMBus，這是一個內(nèi)存中的流水線，VMBus再將設(shè)備請求轉(zhuǎn)發(fā)給物理設(shè)備。而在另一方面，模擬設(shè)備則使用宿主操作系統(tǒng)的軟件來模擬使用了額外的宿主操作系統(tǒng)處理功能的設(shè)備。Hyper-V的軟件設(shè)備模擬由vmwp.exe程序進(jìn)行。

Hyper-V從最初設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)時，就在一臺計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的各個操作系統(tǒng)實(shí)例之間建立了強(qiáng)有力的邊界。為使訪客操作系統(tǒng)與宿主操作系統(tǒng)之間能夠交互，并向所支持的訪客操作系統(tǒng)提供一些額外的功能。Hper-V提供了集成組件（Integration Components）來支持以下特性：時間同步、心跳功能、訪客操作系統(tǒng)關(guān)閉、操作系統(tǒng)識別。

終端服務(wù)能使用戶創(chuàng)建一個集成化的系統(tǒng)，允許用戶從任何有網(wǎng)絡(luò)連接的地點(diǎn)快捷而安全地提供訪問基于Windows的應(yīng)用程序的入口。