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Jan 12, 2009 - 1 minute read - Comments

论同时的双系统--准虚拟对双系统的进一步扩充

熟悉贝壳的人都知道,贝壳是个linux爱用者,不过因为工作关系,经常要使用windows。贝壳在自己的笔记本上使用了linux/windows混合双系统,并通过共用磁盘的方式共享数据,解决这个问题。但是长期的使用表明,这种解决方案存在几个巨大的瑕疵。首先是系统切换时间常,因此长期在一个系统中工作,而很少触及另外一个系统。其次是稳定性差,windows下一旦崩溃,进入linux后就需要检测数据盘,80G的数据慢慢扫描,感觉晕到死。那么是否有一种方案,能够同时使用两个工作级系统(注意,不是实验级,贝壳成功的在windows下的vmware里跑了一个oracle,这个可以说是实验级的典范。然而工作级系统的要求和实验级完全不同)。

从系统发展史的角度来说,我们可以预见,将来的系统将是脱离硬件的。首要的原因就是和硬件不相匹配的各个层级的计算能力需求。现在系统发展有两个极端,一个是虚拟机,试图将一个硬件整体分离,运行多个系统。另一个是高性能集群,试图将多个硬件合并,运行一个系统。从根本上说,这是因为高性价比的硬件集中在了一个性能区间,而实际的性能需求却是完全分离的,因此我们才会出现如此两类完全背离的需求。而现在有大量宝贵的人力浪费在了系统和硬件结合,系统稳定性问题上,这无疑是对将来发展的一个巨大瓶颈。虽然无法预知将来的技术发展会以何种方式解决这个问题,然而可以预见的是,解决硬件和性能的背离将是人类计算机发展史上一个重要的里程碑,解决这个问题的人必定会在计算机历史上留下重重的一笔。

同时,更进一步,贝壳揣测,将来的解决方案将是系统硬件调度/驱动和系统软件管理分离。一个软系统拥有一个用户表和一个硬件表,硬件表上写他可能有10个键盘,两个显示器,或者一堆其他设备。系统借助某个可信方案,管理了一系列虚拟抽象设备和真实设备形成的映射。作为系统层以上的软件,我们只要关心如何操作这个虚拟设备即可。而实际上,我们可以通过管理参数和对应关系实现各种需要。例如我们可以将多个机器的硬件管理核心加入一个系统,形成集群。或者我们可以在一个机器的硬件管理核心上加入多个系统,形成虚拟机。这个基本是分布系统的观点。如此一来,系统层软件就无法得知也无需得知自己是在到底运行在什么环境下。只是这个系统设计方案对高性能要求的子系统(主要是显卡)相当不利。

从揣测回到现实,为了实现一个工作级系统(幸好,还不是工业级),我们需要为系统制定一些评判标准,以判别各个方案的优劣。我们首先能想到的评判标准就是速度,一个慢吞吞的系统解决方案是没有任何实用价值的。当然,这个速度是有差异的,可能是linux快一些,windows慢一些,或者相反。我们假定实际的需要是windows快一些,因为linux可以通过定制进行加速。

我们的第二个评判标准就是稳定性,经常会崩溃的系统不比慢吞吞的系统好到哪里去,甚至会更加让人讨厌。虽然工作级系统并没有工业级那样高的要求,然而高负荷稳定,宕机平均频率低于3天/次还是要保证的。而后我们还希望两个系统可以做到数据互通,即两个系统间的数据尽可能的共享,至少要做到文件和邮件的共享。最后,我们希望解决方案简单易用,便于实施和维护。

而后,我们列出了一个原始方案,和以下几个改进解决方案,并给出优劣评价,谨供大家参考借鉴。同时我们在其中还补充了一些无法实际解决问题的虚拟化解决方案,并且说明无法使用的原因,供适合的人自行选用。

原始方案,windows+linux+数据分区。此种方案是最中规中矩的,性能最高的方案。具有对硬件最好的支持,最容易的维护。如果需要运行游戏(尤其是魔兽,WOW),这也是唯一可行的工作级方案。稳定性评价属于尚可,主要由于ntfs在linux的稳定性并不好,ext3在windows需要使用非官方驱动,和某些(就是avast)驱动不兼容。数据互通比较方便,通过数据分区可以轻松的共享文件和邮件。

windows虚拟方案,vmware+虚拟分区。这种方案是改进方案中唯一可以跑游戏的,因为虚拟机随时可以关上。性能上满足windows快 linux慢的要求,虚拟系统显示性能良好,也可以通过文件共享部分的解决数据共享问题(文件共享方便,邮件共享困难)。稳定性很好,基本没有什么不稳定的问题出现,操作和维护都不困难。然而之所以一开始这种方案就被排除在外,主要是因为这种方案无法让linux驱动实体硬件,无法通过机器启动。这样也许对一些跑起来玩玩的人或者是内核工程师/测试员比较有用,然而如果要在linux里面进行大量工作,编译程序,运行服务,这种方案就力有未逮。因此这个方案可以说是一个实验级方案,而非工作级。

windows虚拟方案,vmware+实体硬盘。速度一般,windows快linux慢,基本和上面一个方案一样,唯一的区别就是linux也可以被实际驱动。然而这也成了整个方案的最大败笔,因为linux的驱动灵活性不如windows,因此无法经受这种系统切换的动作。举例来说,真实的机器上,硬盘是sata的,作为sda识别和使用。而虚拟机上则是IDE的,被识别成了hda。于是启动环境一变,就需要修改大量配置来调和这个问题。又例如,在真实机器上,X使用fglrx驱动,而虚拟机下面要用mesa。如果我在/etc/xorg.conf中不指定驱动,那么真实机器的驱动也会变成 mesa,导致性能下降。如果指定驱动,又会导致虚拟机内X无法运行。诸如此类的问题林林总总,需要大量细节修正,因此维护复杂,稳定性差,不建议正式使用。在贝壳机器上更严重的,出现了虚拟机内和虚拟机外争抢数据分区的状况,这种情况下数据分区实质是被当做盘阵用了。使用非专用的磁盘作为底层共享存储,并在上面运行ext3系统,这是及其危险和愚蠢的。

linux虚拟方案,xen。速度超快,但是上来就在贝壳的机器上暴出几个问题,因而没有继续测试。首先是安装xen后x无法启动,出现fglrx驱动无法加载的状况。其次是xen要求使用虚拟盘启动,可贝壳经常需要跑到windows下面打游戏。因此在简单测试后被剔除出局。感觉这种方案的最大问题在于配置管理太过复杂,debian下面已经很轻松了,只需要安装对应内核,使用工具建立虚拟机,但是依旧感觉麻烦到一塌糊涂。相信这种方案在专业级服务器领域应当有不俗表现。

linux虚拟方案,openvz。这种方案压根就不适合贝壳的状况,因为这个虚拟方案要求宿主和客户必须是同一CPU同一系统(不要求同一linux发行)。主要用于希望将一个主机切分成多个独立的同构主机,以达到分离管理的目的(例如业务服务器和数据库服务器分离)。需要做大型网络管理/虚拟主机业务的人可能会对这个虚拟方案感兴趣。

linux虚拟方案,vmware。速度一般,linux快windows慢,视频效果不错。vmware毕竟是商业公司,视频驱动挺齐全的。但是内核驱动的编译麻烦到死,首先是要求编译器版本和主内核编译器版本一致,于是贝壳去搞了个gcc-4.1,然后连接了上去。下面又是内核头定义出现版本差异,搞到现在还没有搞定。谁能搞的定的给个参考,最好是debian上的解决方案。

linux虚拟方案,kvm。这个是贝壳目前使用的方案,基本比较理想。速度很快,和xen基本差不多,显示速度不如vmware(理论上说装好显卡驱动应该会好点,不过贝壳找不到CLDC5446的XP驱动,那是Win32和Win95时代的显卡)。linux快windows慢,但是还在可忍受范围内。稳定性很好,只要测试通过,运行中到目前为止没有死机(当然很多参数是加了之后开机即死机)。数据可以通过samba互通,邮件也同样可以互通。然而使用samba无疑复杂很多,而且性能并不太好。只是从稳定性上说,让linux自己去驱动ext3总比半吊子的windows驱动更好,同时也不会出现争抢的问题。易用性上还算可以,无论是内核编译还是系统使用都不太难,最大的麻烦就是网络配置。根据贝壳的测试,在真实机器上superpi运行100W 位需要45秒,虚拟机内需要54-60秒,尤其在换用kvm-72.2后反而更慢了(54下降到60,折合真实机器83.3%下降到75%)。

总体来说,贝壳更倾向于使用全开源的准-全虚拟解决方案kvm,主要因为他简便易行,对系统影响小,不改变现有系统。同时性能高,稳定性好。主要需要解决显卡效率问题。如果以上问题无法彻底解决,贝壳打算换用linux下的vmware,想办法搞定他的内核模块。

Tags: linux vm windows

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