Операционные системы вычислительных машин. Гипервизоры

Гипервизор, системный эмулятор, наноядро, микроядро, hypervisor, монитор виртуальных машин — компьютерная программа или аппаратная схема, обеспечивающая или позволяющая одновременное, параллельное выполнение нескольких или даже многих операционных систем на одном и том же хост-компьютере. Гипервизор также обеспечивает изоляцию операционных систем друг от друга, защиту и безопасность, разделение ресурсов между различными запущенными ОС и управление ресурсами. Часто гипервизор предоставляет работающим под его управлением на одном хост-компьютере операционным системам средства связи и взаимодействия между собой (например, через обмен файлами или через сетевые соединения) так, как если бы эти ОС выполнялись на разных физических компьютерах.

Гипервизор сам по себе в некотором роде является минимальной операционной системой (микроядром или наноядром). Он предоставляет запущенным под его управлением операционным системам сервис виртуальной машины, виртуализируя или эмулируя реальное (физическое) аппаратное обеспечение конкретной машины. И управляет этими виртуальными машинами, выделением и освобождением ресурсов для них. Гипервизор позволяет независимое «включение», перезагрузку, «выключение» любой из виртуальных машин с той или иной ОС. При этом из операционной системы, работающей в виртуальной машине под управлением гипервизора часто невозможно определить, выполняется ли она в виртуальной машине, или же на реальном аппаратном обеспечении.

Автономный гипервизор - гипервизор, имеющий свои встроенные драйверы устройств, модели драйверов и планировщик и поэтому не зависит от базовой ОС. Так как автономный гипервизор работает непосредственно в окружении усечённого ядра, то он более производителен, но проигрывает в производительности виртуализации на уровне ОС и паравиртуализации. К примеру, Xen для ряда ОС может запускать виртуальные машины в паравиртуальном режиме.

Примеры автономных гипервизоров: VMware ESX , Citrix, XenServer.

Платформеннозависимый гипервизор - такой программный компонент, который работает в одном кольце с ядром основной ОС (кольцо 0). Код гостевой ОС может выполняться прямо на физическом процессоре, но доступ к устройствам ввода-вывода компьютера из гостевой ОС осуществляется через второй компонент, обычный процесс основной ОС — монитор уровня пользователя.

Примеры: Microsoft Virtual PC, VMware Workstation, QEMU, Parallels, VirtualBox.

Гибридный гипервизор - гипервизор, состоящий из двух частей: из тонкого гипервизора, контролирующего процессор и память, и работающей под его управлением специальной сервисной ОС в кольце пониженного уровня. Через сервисную ОС гостевые ОС получают доступ к физическому оборудованию.

Примеры: Microsoft Virtual Server, Sun Logical Domains, Xen, Citrix XenServer, Microsoft Hyper-V.

Глоссарий

Вирутальный режим - режим исполнения программы заменой инструкций на совместимые с платформой исполнения. К примеру, режим адресации процессоров семейства x86 совместимый с прародителем семейства процессором Intel 8086, который является подрежимом защищенного. Впервые появился в процессоре 80386. На современных платформах виртуальный режим является режимом внутри виртуальных машин.

Виртуальная машина, VM, virtual machine - программная и/или аппаратная система, эмулирующая аппаратное обеспечение некоторой платформы (target — целевая, или гостевая платформа) и исполняющая программы для target-платформы на host-платформе (host — хост-платформа, платформа-хозяин) или виртуализирующая некоторую платформу и создающая на ней среды, изолирующие друг от друга программы и даже операционные системы (например, песочница); также спецификация некоторой вычислительной среды (например: «виртуальная машина языка программирования Си»).

Паравиртуальный режим, PV - режим работы гипервизора, в котором оборудование не эмулируется, и гостевая ОС должна быть специальным образом модифицирована, чтобы работать в таком окружении. Преимущество режима PV в том, что он не требует поддержки аппаратной виртуализации со стороны CPU, а также не тратит вычислительне ресурсы (иногда весьма значительные) для эмуляции оборудования на шине.

Режим аппаратной виртуализации, HVM - это режим, требующий поддержки со стороны оборудования. В этом режиме для эмуляции виртуальных устройств используется QEMU, который весьма неповоротлив даже с паравиртуальными драйверами. Однако со временем поддержка аппаратной виртуализации в оборудовании получила настолько широкое рапространение, что используется даже в CPU ноутбуков.

В связи с этими недостатками у разработчиков возникло желание использовать быстрое переключение контекста исполнения между гипервизором и гостевой ОС и в паравиртуальном режиме, используя возможности оборудования. Так появился новый режим — аппаратная паравиртуализация.

Режим аппаратной паравиртуализации, PVH - это «гибридный» режим паравиртуализации. Преимущества такого подхода состоят в сокращении объема кода, большей производительности при выполнении системных вызовов (отстутсвует переключение контекста между гостевой ОС и гипервизором), меньших задержках при выполнении различных операций, словом — в более быстром отклике гостевой ОС.

Знаете ли Вы, что cогласно релятивистской мифологии "гравитационное линзирование - это физическое явление, связанное с отклонением лучей света в поле тяжести. Гравитационные линзы обясняют образование кратных изображений одного и того же астрономического объекта (квазаров, галактик), когда на луч зрения от источника к наблюдателю попадает другая галактика или скопление галактик (собственно линза). В некоторых изображениях происходит усиление яркости оригинального источника." (Релятивисты приводят примеры искажения изображений галактик в качестве подтверждения ОТО - воздействия гравитации на свет)
При этом они забывают, что поле действия эффекта ОТО - это малые углы вблизи поверхности звезд, где на самом деле этот эффект не наблюдается (затменные двойные). Разница в шкалах явлений реального искажения изображений галактик и мифического отклонения вблизи звезд - 10¹¹ раз. Приведу аналогию. Можно говорить о воздействии поверхностного натяжения на форму капель, но нельзя серьезно говорить о силе поверхностного натяжения, как о причине океанских приливов.
Эфирная физика находит ответ на наблюдаемое явление искажения изображений галактик. Это результат нагрева эфира вблизи галактик, изменения его плотности и, следовательно, изменения скорости света на галактических расстояниях вследствие преломления света в эфире различной плотности. Подтверждением термической природы искажения изображений галактик является прямая связь этого искажения с радиоизлучением пространства, то есть эфира в этом месте, смещение спектра CMB (космическое микроволновое излучение) в данном направлении в высокочастотную область. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.