Xen VMM

主机操作系统即（Host Operating System） 在物理计算机（宿主机）上运行的操作系统，在它之上运行虚拟机软件。客户操作系统 （Guest Operating System） 运行在虚拟机中的操作系统。注意，在此它不等于桌面操作系统（Desktop Operating System）和客户端操作系统（Client Operating System），因为虚拟机中的客户操作系统可以是服务器操作系统。表1是 Xen 3.0支持的主机操作系统和客户操作系统。

表1 Xen 3.0支持的主机操作系统和客户操作系统

Xen Enterprise 3.2明显扩大了支持范围，新增了对Windows 2000的支持。另外，可以使用对称多处理(Symmetric Multiprocessing ，SMP)技术支持Windows Server 2003和Windows XP操作系统，使得Exchange和SQL Server可以运行地更好。客户操作的支持还增加了Red Hat的企业版Linux服务器RHEL 5和Novell的SUSE Linux企业服务器10 SP1。另外Linux的两个最成功的商业版，红帽企业版Linux 5.0和Novell的Suse Linux 10.0企业服务器版都集成了Xen。

三、Xen的原理和体系结构

虚拟化CPU对guest OS（客户操作系统）提出了几个要求。因为hypervisor插在操作系统的下层违背了惯常的关于操作系统在整个系统中特权最高的假设。为了保护hypervisor不会受到操作系统不正确行为的影响（即domain不受另一个domain的影响），guest OS就必须被改造为能够运行在较低的特权级上。很多处理器体系结构只是提供了两个特权级。在这些情况下，guest OS和应用程序共享较低的特权级。

同时，guest OS运行在单独的地址空间中以保护自己不会受到应用程序执行的影响。guest OS通过hypervisor设定虚拟的特权级和改变当前的地址空间来间接地和应用之间进行控制传递。另外，如果处理器的TLB支持地址空间标记，那么也就可以避免TLB刷新带来的高昂代价。在x86架构上有效地实现特权级的虚拟化是可能的，因为x86架构在硬件上支持四个不同的特权级。x86架构的特权级往往用圈（ring）来表示，从ring 0（最高特权）到ring 3（最低特权）。操作系统的代码运行在ring 0这个特权级上，因为再没有其它的ring能够执行那些特权指令。

ring 3通常用于执行应用代码。就我们所知，自OS/2起到现在的各个知名的x86 架构上的操作系统都还没有利用ring 1和ring 2这两个特权级的。那么，任何遵循这个通常的安排的操作系统就都可以移植到Xen上来。这个移植过程只需要做一些改动使操作系统改为运行在ring 1特权级上。这就防止了guest OS会直接执行特权指令，也保证了操作系统与运行在ring 3上的应用程序之间相隔离的安全性。图1是Xen 和Ring 关系图。图2 是Xen的体系结构。

图1是Xen 和Ring 关系图

图2 Xen的体系结构

在完全虚拟化环境下需要仿真现有的硬件设备，而Xen不同于此。Xen给出了一套清楚、简单的设备抽象。这就使得我们能够设计一个接口以有效地满足我们对保护性和隔离性的需求。为了做到这一点，I/O和各个domain之间的数据传递都是要经过Xen的，可以使用的方法有共享内存，异步缓冲区描述符环等。这些方法能够在Xen有效地执行确认检查的同时，为在系统中的竖直方向上传递缓冲区信息提供了一个高性能的通信机制。图3是Xen的网络接口结构。图4 是逻辑网络接口连接dom1和dom0示意图。

图3 Xen的网络接口结构

讲到Xen，不能不提Xensource公司，它由原Xen项目组主要成员创立，坐落在美国硅谷的Palo Alto市。Xensource是一个典型的将学校研究成果转化为生产力的创业型企业。2006年11月，XenSource对外发布了他的第一个正式产品XenEnterprise。XenEnterprise基于Xen 3.0.3。在此之前，Red Hat在他的Fedora Core 4.0和Fedora Core 5.0中已经集成了Xen，Novell在SUSE Linux 10.1和SLES 10中也已经集成了Xen。同时Redhat他的企业版Linux中即RHEL5.0中也集成Xen。

图4 逻辑网络接口连接dom1和dom0示意图

表－2是xen家族产品参数

另外全球应用程序供应基础架构领导厂商 Citrix Systems完成收购企业级虚拟化基础架构解决方案领导商 XenSource 。透过这项合并， Citrix 成为业界最完整的虚拟化技术供应商，提供业界唯一完整涵盖应用系统、服务器及桌面虚拟化技术的端对端应用供应 基础架构。根据 Citrix 预估，该市场在未来四年将成长至近 50 亿美元的规模。随着 XenSource 的加入， Citrix 推出 Citrix XenServer 及 Citrix XenDesktop 两款全新的虚拟化解决方案，分别专攻服务器及桌面虚拟化市场，也配合 Citrix 原有的应用系统虚拟化产品，打造出业界最完整的端对端虚拟化产品。

总结：

Xen的超虚拟化（paravirtualization）是另外一种流行的虚拟化技术，它与完全虚拟化有一些类似。这种方法使用了一个 hypervisor 来实现对底层硬件的共享访问，还将与虚拟化有关的代码集成到了操作系统本身中。这种方法不再需要重新编译或捕获特权指令，因为操作系统本身在虚拟化进程中会相互紧密协作。通常通过虚拟化（Virtualization）将同一硬件上的应用程序和系统彼此隔离开来。从硬件模拟到完全硬件虚拟化，Linux 支持很多种不同形式的虚拟化。在不断增加的虚拟化技术列表中，Xen 是近来最引人注目的技术之一，它由剑桥大学开发。Xen 值得您关注，因为它具有空前的性能与安全性。

表－3是 xen和Linux 操作系统下其它虚拟技术的对比：

表 －3 Xen 与 Linux 有关的虚拟化项目对比