如何理解Linux中Xen的奇異架構

如何理解Linux中Xen的奇異架構，針對這個問題，這篇文章詳細介紹了相對應的分析和解答，希望可以幫助更多想解決這個問題的小伙伴找到更簡單易行的方法。

　　這一篇我要體驗的虛擬機系統是Xen。在虛擬機領域，Xen具有非常高的知名度，其名字經常在各類文章中出現。同時Xen也具有非常高的難度，別說玩轉，就算僅僅只是理解它，都不是那么容易。之所以如此，那是因為Xen采用了和我前面介紹的那幾個虛擬機完全不同的架構。在這里，我稱之為令人腦洞大開的奇異架構。

　　比如說在經典的虛擬機架構中，虛擬機軟件運行于Host System之中，而Guest System運行于虛擬機軟件之中。為了提高Guest System的運行速度，虛擬機軟件一般會在Host System中使用內核模塊開一個洞，將Guest System的運行指令直接映射到物理硬件上。但是在Xen中，則根本沒有Host System的概念，傳說它所有的虛擬機都直接運行于硬件之上，虛擬機運行的效率非常的高，虛擬機之間的隔離性非常的好。

　　當然，傳說只是傳說。我剛開始也是很納悶，怎么可能讓所有的虛擬機都直接運行于硬件之上。后來我終于知道，這只是一個噱頭。虛擬機和硬件之間，還是有一個管理層的，那就是Xen Hypervisor。當然Xen Hypervisor的功能畢竟是有限的，怎么樣它也比不上一個操作系統，因此，在Xen Hypervisor上運行的虛擬機中，有一個虛擬機是具有特權的，它稱之為Domain 0，而其它的虛擬機都稱之為Domain U。

　　Xen的架構如下圖：

從圖中可以看出，Xen虛擬機架構中沒有Host System，在硬件層之上是薄薄的一層Xen Hypervisor，在這之上就是各個虛擬機了，沒有Host System，只有Domain 0，而Guest System都是Domain U，不管是Domain 0還是Domain U，都是虛擬機，都是被虛擬機軟件管理的對象。

　　既然Domain 0也是一個虛擬機，也是被管理的對象，所以可以給它分配很少的資源，然后將其余的資源公平地分配到其它的Domain。但是很奇怪的是，所有的虛擬機管理軟件其實都是運行在這個Domain 0中的。同時，如果要連接到其它Guest System的控制臺，而又不是使用遠程桌面（VNC）的話，這些控制臺也是顯示在Domian 0中的。所以說，這是一個奇異的架構，是一個讓人很不容易理解的架構。

　　這種架構桌面用戶不喜歡，因為Host System變成了Domain 0，本來應該掌控所有資源的主操作系統變成了一個受管理的虛擬機，本來用來打游戲、編程、聊天的主戰場受到限制了，可能不能完全發揮硬件的性能了，還有可能運行不穩定了，自然會心里不爽。（Domain 0確實不能安裝專用顯卡驅動，確實會運行不穩定，這個后面會講。）但是企業級用戶喜歡，因為所有的Domain都是虛擬機，所以可以更加公平地分配資源，而且由于Domain U不再是運行于Domian 0里面的軟件，而是和Domain 0平級的系統，這樣即使Domain 0崩潰了，也不會影響到正在運行的Domain U。（真的不會有絲毫影響嗎？我表示懷疑。）

　　下面開始在Ubuntu系統中體驗Xen。使用如下命令可以在Ubuntu的軟件源中搜索和Xen相關的軟件包以及安裝Xen Hypervisor：

代碼如下:

sudo aptitude search xensudo aptitude install xen-hypervisor-4.4-amd64

　　傳說在舊版本的Xen Hypervisor上只能運行經過修改過的Linux內核。但是在目前的版本中不存在該問題。我機器上的Ubuntu 14.10系統不經任何修改，就可以當成Domain 0中的系統運行。至于是否讓該系統運行于Xen Hypervisor上，在啟動時可以選擇，如下圖：

　　通過查看Grub的配置文件，可以看到通過Xen虛擬機啟動Ubuntu系統時，Grub先啟動的是/boot/xen-4.4-amd64.gz，然后才把Linux內核以及initrd文件作為模塊載入內存。也就是說，Grub啟動Xen Hypervisor，然后Xen Hypervisor運行Domian 0。

　　前面提到Host System一下子變成了Domain 0中的操作系統是讓桌面用戶比較不爽的事，這里詳細論述。雖然說目前的Xen同時支持全虛擬化和半虛擬化，支持操作系統不經任何修改就運行于Xen虛擬機上（全虛擬），但是系統是否穩定還是和內核有很大關系的。比如說我在Ubuntu 14.04剛推出的那段時間，在Ubuntu 14.04中使用Xen是沒有什么問題的，但是經過幾次系統升級后，Xen就出問題了，沒辦法成功進入Domain 0中的Ubuntu 14.04。現在我用的是Ubuntu 14.10，已經升過好幾次級了，目前使用Xen還是很穩定的。其次就是顯卡驅動的問題，我的Ubuntu當主系統用時，使用的是NVIDIA的顯卡驅動，但是當Ubuntu運行于Domain 0中時，就不能使用NVIDIA的顯卡驅動了，否則無法進入圖形界面。

　　下面來測試一下Xen虛擬機的運行效果。通過前文的探討，可以看出一個虛擬機的運行需要兩個要素：一是一套虛擬的硬件系統，二是一個包含了操作系統的磁盤鏡像。QEMU虛擬機關于硬件的配置全由命令行指定，VirtualBox虛擬機的硬件配置存在于配置文件中，而Xen呢，它也存在于配置文件中，這個配置文件要我們自己寫。至于磁盤鏡像，還是復用我之前創建的那個WinXP.img吧，記住，它是qcow2格式的。

　　先進入我主目錄的virtual-os目錄，ls 看一下，里面有我之前創建的WinXP.img。然后，我們創建一個WinXP_Xen.hvm配置文件，其內容如下：

代碼如下:

builder = "hvm"
name = "WinXP_Xen.hvm"
memory = 2048
vcpus = 2
disk = [ '/home/youxia/virtual-os/WinXP.img, qcow2, hda, rw' ]
sdl = 1

　　這段配置文件很簡單，也很容易懂。 hvm 代表這是一個全虛擬化的虛擬機，和全虛擬化相對的是半虛擬化，半虛擬化只能運行經過修改的內核，但是可以獲得更高的性能。為該虛擬機分配2個CPU和2G內存，并指定硬盤鏡像文件。最后一個 sdl=1 表示使用SDL圖形庫顯示虛擬操作系統的界面，如果不想用SDL，也可以寫成 vnc=1，這樣需要使用 vncviewer 才能連接到虛擬機操作系統的桌面。

　　至于Xen的配置文件怎么寫，管理命令怎么用，這個必須得有學習資料。通過 man xl 和 man xl.cfg 查看手冊頁是可以的，但是最全面的資料還是在Xen的官網 http://www.xenproject.org 上。

　　使用 sudo xl list 命令可以看到系統中只有一個Domain 0在運行，然后使用 sudo xl create -c WinXP_Xen.hvm 即可運行一個Domian U虛擬機，該虛擬機使用WinXP_Xen.hvm配置文件。 xl 命令的 -c 選項表示把Domain U的控制臺顯示在Domain 0中，如果不用 -c 選項而使用 -V 選項，則創建虛擬機后使用 vncviewer 進行連接。新建的虛擬機運行起來后，再次使用 sudo xl list 命令，可以看到除了Domain 0，還多了一個名稱為“WinXP_Xen.hvm”的虛擬機。運行效果如下圖：

　　關于Xen更多更高級的功能，比如動態遷移什么的，我這里就不試了。至于說到Xen虛擬機的隔離性，如果一個Domain U崩潰了，肯定是不會影響到Domain 0和其它Domain U的，但是如果Domain 0崩潰了，Domain U真的不會受到任何影響嗎？Domain 0崩潰了怎么重啟它呢？這都是我沒想明白的問題。在折騰Xen的過程中，我曾多次重啟過機器，重啟后一看，WinXP_Xen.hvm還在繼續運行，似乎是沒有受到Domain 0的影響，但是我就想，我機器都重啟了，電源都斷了，Domain U它真的能絲毫不受影響嗎？

總結：

　　1.Xen虛擬機不應該是桌面用戶的首選，因為它架構比較奇異不容易理解，可能因內核升級而出現不穩定，不能充分發揮桌面硬件的性能，比如顯卡；桌面用戶還是應該首選VirtualBox。

　　2.企業及客戶可以考慮Xen，因為它可以提供較好的性能和隔離性，企業級用戶不需要桌面用戶那么多的功能，所以可以把Domain 0做到很薄，可以完全不要圖形界面，也不用經常升級內核，甚至可以選擇一個經過修改優化的內核，這樣就可以在一套硬件上運行盡可能多的虛擬機。

關于如何理解Linux中Xen的奇異架構問題的解答就分享到這里了，希望以上內容可以對大家有一定的幫助，如果你還有很多疑惑沒有解開，可以關注億速云行業資訊頻道了解更多相關知識。