解释型虚拟机

  1. 要模拟一个计算机系统，最简单的办法，就是兼容这个计算机系统的指令集
  2. 开发一个应用程序，运行在操作系统上，该应用程序可以识别想要模拟的计算机系统的程序格式和指令，然后一条条去解释执行
  3. 原先的操作系统称为宿主机（Host），有能力模拟指令执行的软件称为模拟器（Emulator）
    • 实际运行在模拟器上被虚拟出来的系统，称为客户机（Guest VM）
  4. 这种方式和运行Java程序的JVM比较类似，只不过JVM运行的是Java中间代码（字节码），而不是一个特定的计算机系统的指令
  5. 真实的应用案例：Android模拟器、游戏模拟器
  6. 优势
    • 模拟的系统可以跨硬件
    • Android用的是ARM CPU，开发机用的是Intel X86 CPU，两边的CPU指令集是不一样的，但一样可以正常运行
  7. 劣势
    • 无法做到精确模拟
      • 很多老旧的硬件的程序运行，需要依赖特定的电路乃至电路特有的时钟频率，很难通过软件做到100%模拟
    • 性能很差
      • 并不是直接把指令交给CPU去执行，而是要经过各种解释和翻译的工作
      • 编译优化：Java的JIT
        • 把本来解释执行的指令，编译成Host可以直接运行的指令

全虚拟化

  1. 全虚拟化：在现有的物理服务器的硬件和操作系统上，运行一个完整的，不需要做任何修改的客户机操作系统（Guest OS）
  2. 虚拟机监视器（Virtual Machine Manager，Hypervisor）是一个中间层
    • 运行的虚拟机直接和虚拟机监视器打交道，把整个硬件特性（CPU指令集、IO操作、中断等）都映射到虚拟机环境中
  3. 根据实际的指令如何落到硬件去实际执行的方式，可以划分为Type-1型虚拟机和Type-2型虚拟机

Type-2 – 个人电脑

  1. 在Type-2型虚拟机里，虚拟机监视器好像一个运行在操作系统上的软件
    • 客户机的操作系统，把最终到硬件的所有指令，都发送给虚拟机监视器
    • 而虚拟机监视器，又会把这些指令交给宿主机的操作系统去执行
  2. Type-2型虚拟机，常用于个人电脑

Type-1 – 数据中心

  1. 在数据中心里面用的虚拟机，通常叫作Type-1型虚拟机
    • 客户机的指令交给虚拟机监视器后，不再需要通过宿主机操作系统才能调用硬件，而是可以直接由虚拟机监视器去调用硬件
  2. 在数据中心里，并不需要在Intel x86上运行一个ARM程序，而是直接在x86上虚拟一个x86硬件的计算机和操作系统
    • 因此并不需要做什么翻译工作，直接往下传递执行即可，指令的执行效率也会很高
  3. 在Type-1型虚拟机里，虚拟机监视器并不是在一个操作系统之上的应用层程序，而是嵌入到操作系统内核里面的一部分
    • 无论是KVM、XEN、Hyper-V（Windows 10），都是系统级程序
  4. Type-1型虚拟机的虚拟机监视器需要直接和硬件打交道，因为它需要包含能够直接操作硬件的驱动程序
    • 因此Type-1型的虚拟机监视器更大一些，同时兼容性也不如Type-2型
    • 但由于Type-1型一般部署在数据中心，硬件完全是统一可控的

Docker

  1. Type-1型虚拟机相对于Type-2型虚拟机已经没有什么硬件损耗了，但依然存在资源浪费
    • 在实际的物理机上，可能同时运行多个虚拟机，而每个虚拟机都运行了一个单独的操作系统
    • 多运行一个操作系统，意味这要多消耗硬件资源（CPU、内存、磁盘空间等）
    • 实际需要的未必是一个完整的、独立的、全虚拟化的虚拟机，例如我们可能只需要独立的计算资源
  2. 在服务器端开发中，应用程序一般都是运行在Linux内核上
    • 通过Docker，不再需要在操作系统上再跑一个操作系统
      • 而是通过容器编排工具（如Kubernetes），能够进行各个应用之间的环境和资源隔离即可
    • Docker没有再单独运行一个客户机操作系统，而是直接运行在宿主机操作系统的内核之上
  3. Docker严格来说不能算是一种虚拟化技术，只能算是一种资源隔离的技术

参考资料

深入浅出计算机组成原理