7-bob Virtualizatsiya va bulut

Virtual apparat platformasi
Hozircha suhbat asosan x86 protsessorini virtualizatsiya qilish muammosi haqida bo'ldi. Ammo x86 oilasiga asoslangan kompyuter nafaqat protsessordan iborat.
Shuningdek, u mikroprotsessorlar to'plamini, bir qator proshivkalarni va disklarni, tarmoq kartalarini, drayverlarni boshqarish uchun kiritish-chiqarish periferik qurilmalari to'plamini o'z ichiga oladi.
CD, klaviatura va boshqalar.
X86 shaxsiy kompyuterlaridagi kiritish-chiqarish tashqi qurilmalarining xilma-xilligi virtual uskunani haqiqiy, asosiy uskuna bilan moslashtirishni imkonsiz qildi. Bozorda protsessor modellari bor edi
ko'p emas va ko'rsatmalar to'plami darajasida ularning imkoniyatlari kam edi
o'zgarishlar, bir necha ming I / O qurilmalari bor edi va ularning aksariyati yo'q edi
interfeys yoki funksionallikning ommaviy hujjatlariga ega edi. VMware mutaxassislarining asosiy maqsadi erishish uchun urinishlardan voz kechmaslik edi
virtual uskunaning muayyan asosiy jihozlarga muvofiqligi;
lekin tuzilgan ma'lum bir konfiguratsiyaga doimiy muvofiqlikka erishish
tanlangan kanonik I/U qurilmalaridan. Keyin mehmonlar operatsiya xonalari
tizimlar aniqlash va ishlash uchun o'zlarining o'rnatilgan mexanizmlaridan foydalanganlar
ushbu (virtual) qurilmalar bilan.
Virtualizatsiya platformasi multiplekslangan va emulyatsiya qilingan komponentlar birikmasidan iborat edi. Multiplekslash apparatni to'g'ridan-to'g'ri virtual foydalanishi uchun sozlashni anglatadi
mashina va bir necha tomonidan (fazoda yoki vaqtda) birgalikda
virtual mashinalar. Emulyatsiya tanlangan kanonik apparat komponentlarining dasturiy simulyatsiyasini virtual mashinaga eksport qilishni anglatadi.
Jadvalda. 7.2-rasmda VMware Workstation multiplekslashdan foydalanganligi ko'rsatilgan
protsessor va xotira uchun va boshqa hamma narsa uchun emulyatsiya.


Multiplekslangan apparat uchun har bir virtual mashina mavjud edi
maxsus protsessorga ega bo'lish illyuziyasi va sozlanishi lekin
jismoniydan boshlab, qo'shni RAMning belgilangan miqdori
manzillar 0.
Arxitektura nuqtai nazaridan, har bir virtual qurilmaning emulyatsiyasi virtual mashinaga ko'rinadigan tashqi interfeys komponentiga va ichki komponentga bo'lingan.
asosiy operatsion tizim bilan o'zaro ta'sir qiluvchi interfeys (Waldspurger
va Rosenblum, 2012). Frontend mohiyatan dasturlash modeli edi
virtual mashina ichida ishlaydigan o'zgartirilmagan qurilma drayverlari tomonidan boshqarilishi mumkin bo'lgan apparat qurilmasi. Nima bo'lishidan qat'iy nazar
xost mashinasining o'ziga xos jismoniy apparati, tashqi interfeys har doim
bir xil qurilma modelini ko'rsatdi. Misol uchun, Ethernet qurilmasining birinchi tashqi interfeysi AMD chipi edi.
PCnet "Lance", bir vaqtlar mashhur shaxsiy kompyuterni kengaytirish kartasi
10 Mbit / s ma'lumotlarni uzatish tezligi va ichki interfeys bilan ta'minlangan tarmoq
xost mashinasining jismoniy tarmog'iga ulanish. Ajablanarlisi shundaki, VMware jismoniy kompyuterdan keyin uzoq vaqt davomida PCnet qurilmasini qo'llab-quvvatladi
Lance qo'shimcha kartalari va aslida 10 Mbit / s dan ortiq kirish / chiqish tezligiga erishdi (Sugerman va boshq., 2001). Saqlash qurilmalari uchun
original tashqi interfeyslar IDE kontroller va Buslogic Controller edi,
va ichki interfeys odatda virtual disk yoki ISO 9660 tasviri kabi asosiy fayl tizimidagi fayl yoki bo'lim kabi oddiy resurs edi.
disk yoki jismoniy CD Tashqi va ichki interfeyslarni ajratish yana bir afzalliklarga ega: VMware virtual mashinasini bir kompyuterdan ikkinchisiga nusxalash mumkin,
ehtimol boshqa apparat qurilmalari bilan. Bundan tashqari, virtualdan beri
mashina faqat oldingi komponentlar bilan o'zaro ta'sir qiladi, bu shart emas
yangi qurilma drayverlarini o'rnating. Uskunadan mustaqil inkapsulyatsiya deb ataladigan ushbu xususiyat bugungi kunda juda katta
server muhitlari va bulutli hisoblashdagi afzalliklar. Kirish imkonini beradi
to'xtatib turish-davom etish, tekshirish nuqtasi va ishlaydigan virtual mashinalarning jismoniy chegaralar bo'ylab jimgina ko'chishi kabi keyingi innovatsiyalar (Nelson va boshq., 2005). Bulutda u mijozlarga joylashtirish imkonini beradi
ularning virtual mashinalari har qanday mavjud serverda, asosiy tafsilotlarga kirmasdan
uskunalar. Asosiy operatsion tizimning roli
VMware Workstation-dagi yakuniy muhim dizayn qarori edi
ushbu tizimni mavjud operatsion tizim ustiga o'rnatish. Bunday
yechim 2-toifa gipervizor sifatida tasniflanadi. Bu tanlov ikkita edi
asosiy afzalliklari.
Birinchidan, unga rahmat, turli xil periferik qurilmalar bilan bog'liq bo'lgan qiyinchiliklarning ikkinchi qismi hal qilindi. VMware turli xil qurilmalarning tashqi interfeysining emulyatsiyasini amalga oshirdi, ammo asosiy qurilmalar drayverlariga tayanib.
ichki interfeys uchun operatsion tizim. Masalan, VMware Workstation
maqsadida asosiy fayl tizimida faylni o'qiydi yoki yozadi . virtual disk qurilmasiga taqlid qilish yoki ish stoli oynasida grafiklarni ko'rsatish
grafik kartaga taqlid qilish uchun xost mashinasi. Asosiy operatsion tizim bo'lsa-da
tegishli drayverlar mavjud, VMware Workstation virtual ishlashi mumkin
uning ustida mashinalar.
Ikkinchidan, dasturiy mahsulot foydalanuvchi tomonidan oddiy dastur sifatida o'rnatilishi va qabul qilinishi mumkin va shu bilan uning rivojlanishini soddalashtiradi. Har qanday kabi
boshqa dastur, VMware Workstation o'rnatuvchisi shunchaki uning fayllarini yozadi
apparat konfiguratsiyasiga xalaqit bermasdan (diskni qayta formatlashni, yangi disk bo'limini yaratishni yoki BIOS sozlamalariga o'zgartirish kiritishni talab qilmasdan) mavjud asosiy fayl tizimiga komponentlar. Aslida VMware tizimi
Ish stantsiyasi virtual mashinalarsiz o'rnatishi va ishga tushirishi mumkin
asosiy operatsion tizimni qayta ishga tushirishni talab qilmaydi, hech bo'lmaganda u erda,
bu erda Linux o'z rolini o'ynaydi. Ammo oddiy dasturda hipervisor uchun kerakli usullar mavjud emas
multiplekslangan CPU va xotira resurslari, zarur API funktsiyalari,
deyarli normal ishlashni ta'minlaydi. Xususan, x86 oilasi mashinalari uchun virtualizatsiya texnologiyasi uchun ilgari muhokama qilingan asos ishlaydi
faqat VMM yadro rejimida ishlayotgan bo'lsa va hamma narsani boshqarishga qodir bo'lsa
protsessorning aspektlari hech qanday cheklovlarsiz, shu jumladan manzilni o'zgartirish imkoniyati
bo'sh joy (soya sahifa jadvallarini yaratish), segmentlar jadvallari va barcha uzilishlar va istisnolar ishlov beruvchilari.
Qurilma drayveri apparatga to'g'ridan-to'g'ri kirish imkoniyatiga ega, ayniqsa u bo'lsa
yadro rejimida ishlaydi. U (nazariy jihatdan) har qanday imtiyozli yo'riqnomani chiqarishga qodir bo'lsa-da, amalda qurilma drayveri o'zaro ta'sir qilishi kutiladi.
aniq belgilangan API-lardan foydalangan holda operatsion tizimi bilan
uskunani o'zboshimchalik bilan qayta konfiguratsiya qilishning mutlaqo mumkin emasligi bilan.
Gipervisorlar juda ko'p apparatni qayta konfiguratsiya qilish uchun mo'ljallangan (jumladan, butun manzillar maydoni, segmentlar jadvallari, istisnolar va uzilishlar bilan ishlov beruvchilar), gipervisorni qurilma drayveri sifatida ishlatish ham mumkin edi.
real bo'lmagan variant. Chunki asosiy operatsion tizimlar bu taxminlarning hech birini qo'llab-quvvatlamaydi
qo'llab-quvvatlanadi, gipervisorni qurilma drayveri sifatida ishga tushirish (yadro rejimida) ham mavjud
mos kelmadi.
Ushbu qat'iy talablar xostlangan arxitektura - VMware ning rivojlanishiga olib keldi
mezbonlik qilgan arxitektura. Unda dasturiy ta'minot aniq uchta alohida bo'linadi
ifodalangan komponent (7.8-rasm).
Ushbu komponentlarning har biri turli funktsiyalarni bajaradi va mustaqil ishlaydi.
boshqa komponentlardan:
 Foydalanuvchi VMware dasturi sifatida qabul qiladigan foydalanuvchi kosmik dasturi (VMX). VMX hammasini qiladi
foydalanuvchi interfeysi, virtual mashinani ishga tushiradi va keyin bajaradi
qurilma emulyatsiyasining asosiy qismi (old tomoni) va odatdagidek bajaradi
ichki interfeysdagi o'zaro aloqalar uchun asosiy operatsion tizimning tizim chaqiruvlari. Bu odatda har biri uchun bitta ko'p tarmoqli VMX jarayonidir
virtual mashina.

 Kichik yadro rejimidagi qurilma drayveri (VMX drayveri)
asosiy operatsion tizimda o'rnatilgan. U asosan ishlatiladi
barchasini vaqtincha to'xtatib, VMMni ishga tushirish imkoniyatiga ega bo'lish
asosiy operatsion tizim. Operatsion tizim odatda yuklash vaqtida bitta VMX drayverini o'rnatadi.
 VMM, protsessor va xotirani multiplekslash uchun zarur bo'lgan barcha dasturiy ta'minotni o'z ichiga oladi, jumladan, istisnolar ishlov beruvchilari, ilgaklar va emulyatsiya ishlov beruvchilari, ikkilik tarjimon va soya moduli
xotirani sahifa tashkil etish. VMM yadro rejimida ishga tushadi, lekin ishlamaydi
asosiy operatsion tizim kontekstida. Boshqacha qilib aytganda, u to'g'ridan-to'g'ri asosiy operatsion tizim tomonidan taklif qilinadigan xizmatlarga tayanishi mumkin emas, lekin
u e'lon qilingan hech qanday qoidalar yoki konventsiyalar bilan ham bog'liq emas
asosiy operatsion tizim. Har bir virtual mashina bitta
virtual mashina ishga tushganda yaratilgan VMM namunasi. VMware Workstation mavjud operatsion tizim ustida ishlayotganga o'xshaydi va aslida uning VMX komponenti ushbu operatsion tizimda jarayon sifatida ishlaydi. Ammo VMM tizim darajasida, to'liq nazorat bilan ishlaydi
uskunadan yuqorida va asosiy operatsiyaga hech qanday bog'liqlikni boshdan kechirmaydi
tizimlari. Shaklda. 7.8 ob'ektlar orasidagi munosabatni ko'rsatadi: ikkita kontekst (asosiy operatsion tizim va VMM) bir-biriga nisbatan tengdir.
do'stingizga va har birida foydalanuvchi darajasidagi komponent va yadro komponenti mavjud. VMM
ishga tushirilganda (rasmning o'ng yarmida) uskunani qayta sozlaydi,
barcha uzilishlar va kiritish-chiqarish istisnolarini boshqaradi va shuning uchun xavfsizdir
usul asosiy operatsion tizimni virtualdan vaqtincha olib tashlaydi
xotira. Masalan, uzilishlar jadvalining joylashuvi VMM ichida sozlanishi mumkin
IDTR registriga yangi manzil belgilash orqali. Va aksincha, asosiy bo'lganda operatsion tizim (rasmning chap yarmi), VMM va uning virtual mashinasi
xuddi shu tarzda uning virtual xotirasidan olib tashlanadi.
Tizimning bu ikki mutlaqo mustaqil konteksti o'rtasidagi o'tish
darajasi dunyoni almashtirish deb ataladi. Ismning o'zi shuni ta'kidlaydiki, dunyolar almashinuvi paytida dasturiy ta'minot bilan bog'liq hamma narsa
operatsion tizim tomonidan amalga oshirilgan oddiy kontekstni almashtirishdan farqli o'laroq o'zgartirildi. Shaklda. 7.9 kommutatsiyaning ikki turi o'rtasidagi farqni ko'rsatadi.
A va B jarayonlari o'rtasidagi oddiy kontekstli o'tish manzillar maydonining foydalanuvchi qismini va ikkita jarayonning registrlarini almashtiradi, lekin bir qator muhim
tizim resurslari o'zgarishsiz qoladi. Masalan, manzil maydonining bir qismi,
yadroga tegishli barcha jarayonlar uchun bir xil bo'ladi, istisno ishlov beruvchilari ham o'zgartirilmaydi. Aksincha, dunyoni almashtirish hamma narsani o'zgartiradi: hamma narsa
manzil maydoni, barcha istisno ishlov beruvchilari, imtiyozli registrlar
va hokazo. Xususan, xost operatsion tizimi yadrosining manzil maydoni faqat xost operatsion tizimi kontekstida ishlaganda ko'rinadi. Dunyolarni VMM kontekstiga o'tkazgandan so'ng, u butunlay manzil maydonidan o'chiriladi,
VMM va virtual mashinaning ishlashi uchun joy bo'shatish. Garchi bu
ancha murakkab jarayondek tuyulishi mumkin, uni juda samarali amalga oshirish mumkin va uni bajarish uchun x86 mashinasi tilida 45 ta ko'rsatmalar kerak bo'ladi.

Diqqatli o'quvchi hayron bo'lishi mumkin: yadro manzil maydoni haqida nima deyish mumkin?
mehmon operatsion tizimi? Javob oddiy: u virtual mashinaning manzillar maydonining bir qismidir va VMM kontekstida ishlayotganda mavjud. Shunung uchun
mehmon operatsion tizimi butun manzil maydonidan, xususan, xost operatsion tizimi bilan bir xil virtual xotira joylaridan foydalanishi mumkin. Da
asosiy va mehmon operatsion tizimlarining mos kelishi (masalan, ikkala Linux)
hammasi shunday bo'ladi. Albatta, bularning barchasi "ishlaydi", chunki ikkita mustaqil kontekst mavjud va ular o'rtasida dunyo almashadi.
Shunda o'sha diqqatli o'quvchi yana hayron bo'lishi mumkin: hudud haqida-chi?
Manzil maydonining yuqori qismida VMM bormi? Yuqorida aytib o'tilganidek, bu
bo'sh joy VMM ning o'zi tomonidan ajratilgan va manzil maydonining bu qismi virtual mashina tomonidan bevosita foydalanilmaydi. Bundan tashqari, bu kichik 4 MB qismi kamdan-kam hollarda mehmon operatsion tizimi tomonidan ishlatiladi, kabi
unga har bir qo'ng'iroq qanday qilib alohida taqlid qilinishi kerak va sezilarli dasturlash yukini talab qiladi.
Keling, rasmga qaytaylik. 7.8: u vaziyatda nima sodir bo'lishining turli bosqichlarini ko'rsatadi
VMM ishlayotgan vaqtda yuzaga keladigan diskdagi uzilishlar (I bosqich). Albatta, VMM emas
uzilishni boshqarishi mumkin, chunki u ichki interfeysdan qurilma drayveriga ega emas. Keyingi bosqichda (II) VMM dunyoni almashtirishni amalga oshiradi
asosiy operatsion tizimning qaytishi bilan, ya'ni: dunyolarni almashtirish uchun kod
boshqaruvni VMware drayveriga qaytaradi, III bosqichda shunga o'xshash taqlid qiladi
disk tomonidan berilgan uzilish. Shunday qilib, IV bosqichda asosiy operatsion tizimga tegishli bo'lgan uzilishni ishlov beruvchisi butun mantiqiy zanjirdan o'tadi,
go'yo diskdagi uzilish VMware drayveri ishlayotganda sodir bo'lgan (va emas
VMM!). Nihoyat, V bosqichda VMware drayveri boshqaruvni ilovaga qaytaradi
VMX. Ushbu nuqtada, xost operatsion tizimi tanlashi mumkin
boshqa jarayonni yuboring yoki VMware jarayonini davom ettiring
VMX. Agar VMX jarayoni ishlashda davom etsa, bularning barchasidan keyin u davom etadi.
qurilma drayveriga maxsus qo'ng'iroq qilish orqali virtual mashinaning ishlashi,
VMM kontekstiga qaytish uchun dunyo kalitini yaratadi. Qanday
qarang, bu butun VMM va virtual mashinani yashiradigan juda aqlli hiyla
asosiy operatsion tizim. Eng muhimi, u VMM-ni to'liq ta'minlaydi
uskunani o'z xohishlariga ko'ra qayta dasturlash erkinligi.