水煮操作系统之虚拟化

作者：朱老师，华清远见嵌入式学院讲师。

一个成功的操作系统离不开各种虚拟设备的支持。虚拟通常发生在某种资源不足的情况下，但实现起来要依赖另一种资源与能力的不足过剩。

早期的计算机比较慢，一个人用都嫌慢，而现在经过摩尔定律式的增长，CPU的速度已经远远超过人的反应速度，10**9:10= 100000000倍。一个CPU对应一个人已经太浪费了。

于是出现了瘦客户端-服务器这个业务模型， 一台服务器可以同时满足N台客户机的请求。每个客户机丝毫感觉不到其他客户端的存在，还以为是自己独占某台服务器。现在的网络游戏就是充分利用了这个特性。云计算的实现基本原理也是如此。即使是同一台PC, 也是有多个任务在并发执行的。进程，线程，超线程，多核等都是不同层次的虚拟机。多线程释放了CPU强大的计算处理能力，使他的能力得以充分发挥。处理器虚拟化是因为处理器个数的不足，而得以实现是因为CPU的高效性。

另一种广泛应用的就是虚拟内存，虚拟内存摆脱了物理内存不足对应用程序的局限，保证了进程的空间独立性，背后依赖的是CPU的高速性及硬盘的交换缓冲区。当然叫起真来，每个进程同时用光分配给自己的进程空间，内存管理肯定招架不住。就像保险公司，如果所有人都出问题索保，那么保险公司也会立刻破产。实际上不大可能， 前者因为程序的局部性及多次性，后者因为出问题是个小概率事件。我们的方法能够解决平均情况下的问题，但是一般不考虑小概率的最坏情况。

虚拟网络硬盘同样如此，就像有些邮件系统，虽然每个人可有NG空间可以支配，但平均情况下，可能只有很小比例的人完全用光。所以我们不必准备理论上的最大磁盘空间，真的有最坏情况发生，再解决也不迟。

虚拟磁盘，使逻辑磁盘摆脱了物理磁盘的局限， 一个物理磁盘可以是多次逻辑磁盘，一个逻辑磁盘也可以包含多个物理磁盘。

虚拟光驱，记得以前有个哥们玩游戏，此游戏可能因为版权控制问题，必须依赖光盘。 但是他靠在磁盘创建了一个虚拟光盘蒙混过关了。而现在虚拟光盘iso文件已经在广泛应用，你可以用它刻录物理光盘，也可以用虚拟机直接加载它。

虚拟专用网，几乎每个大公司都有。物理IP地址是按照地域分配的，中国与美国的计算机肯定不在一个子网之中。但是跨国公司都有自己的虚拟子网，每个人可以自由访问公司内的服务器，哪怕横跨万水千山，跨越千万个子网。而且查看ip, 也会觉的是在同一个子网里。极大方便了公司内部的协作，提高了跨区协同工作的效率。实现起来，主要依赖IP隧道技术，你看到的Ip包并非实际的ip包，而只是数据部分， 经过不同的子网要填入不同的ip头部。

最近几年，最热门最实用的虚拟技术估计就是虚拟机了。当年开发操作系统内核及驱动的时候就用到VMware,觉得很方便，重启快，调试更简单。没想到后来它成为市场的主流。想想也是，很多公司的服务器硬件能力已经过剩，一个物理机器编程多个虚拟机器甚至安装不同的操作系统，满足不同的需求，提高了资源的利用率，降低了硬件及电力成本。而且虚拟机技术也提高了安全性，有一种双重文件系统技术，网络只能访问逻辑文件系统，*也只能访问破坏逻辑文件系统，而实际的物理文件系统是被隔离保护了。虚拟机是全面的使用了虚拟技术，它里面的所有硬件都是虚拟的，CPU只是宿主机的一个进程而已，内存也只是宿主虚拟内存的一部分，硬盘，软盘，光驱其实是宿主机硬盘中的一个文件，网卡也是逻辑上的网卡。

所谓的虚拟大型机，是由成千上万个PC结点组成的，可以完成高性能的计算任务， 而成本比真正的大型机还便宜。软件环境更是有好的多。

“本文由华清远见http://www.embedu.org/index.htm提供”