XEN Architecture Overview

名词缩写

VM： virtual machine

Xen Components:

xen虚拟环境由多个组件构成，它们一起提供虚拟化的环境。这些组件包括：

xen hypervisor

Domain 0

Domain Management and Control (Xen DM & C)

Domain U (Dom U) PV Guest

Domain U (Dom U) HVM Guest

下图为这些组件的基本组成图

Xen Hypervisor

Xen hypervisor是基础软件抽象层，其直接位于硬件之上，操作系统之下。 它负责为运行硬件之上的多个VM提供CPU调度和内部划分管理。Xen hypervisor不仅仅为VM抽象出硬件层，它同时负责控制VM的执行，因为这些VM共享公共的进程环境。它对通常存在于计算机系统上网络，外部存储，视频以及其它公共I/O功能一无所知。

DOM 0

Dom 0是一个被修改过得linux kernel，它是唯一一个运行于Xen hypervisor 层之上拥有特权来访问物理I/O资源的VM，同时可以同其它VM进行通信。所以的Xen 虚拟化环境要求只有在Domain 0 VM启动之后，其它的VM才可以运行，也就是说Domain 0 VM 必须运行于其它VM之前。

在Dom 0中包含了两个driver，分别用于支持从Dom U(PV or HVM)发起的网络和本地磁盘的请求，它们是Network Backend Driver 和 Block Backend Driver。

Network Backend Driver 直接同本地的网络设备进行通信，用来处理来自于Dom U的网络请求。 Block Backend Driver同本地的硬件存储磁盘相通信，用来处理磁盘的读写请求，进而来满足Dom U的请求。

DOM U

在Xen hypervisor上运行的半虚拟化（paravirtualized）的VM称之为Dom U PV Guest, 在Dom U PV Guest里运行的是修改过的linux OS，比如Solaris， FreeBSD 或者其它的UNIX OS。

在Xen hypervisor上运行的全虚拟化(full virtualized)的VM称之为Dom U HVM Guest，在Dom U HVM Guest上可以运行Window和其它未修改的OS。

一个Dom U PV Guest VM包含两个driver分别是network driver和disk access driver，称之为PV Network Driver和PV Block Driver。

一个Dom U HVM Guest VM里面没有PV drivers，替代的是为每一个Dom U HVM Guest在Dom 0里面启动一个对应的Daemon， 叫做Qemu-dm。Qemu-dm用来支持Domain U HVM Guest的network和disk access 请求。

Dom U HVM Guest 必须被初始化，使得它好像是某种特定的机器，而相应的软件要被加入到Dom U HVM Guest中去，这个软件是Xen virtual firmware，它被用来模拟一个OS在启动的时候需要的BIOS信息。

Domain Management and Control

一系列的linux daemons被开源社区归类到Domain Management and Control. 这些服务支持所有的虚拟化环境的管理和控制工作，并且这些服务都存在于Dom 0 VM里面。

Xend

Xend daemon是一个Python App，它被认为是Xen 环境的系统管理器。 它通过使用libxenctrl 库来对Xen hypervisor发出请求。 所有对Xend发出的请求都是通过xm工具以XML RPC方式递交。

XM

命令行工具，用来接收用户的输入，通过XML RPC将请求传送给Xend。

Xenstored

Xenstored daemon维护了一个包括内存和Domain 0和其他Domain U Guest之间的event channel link在内的registry信息。 Domain 0 vm通过这些registry信息来为其他VM建立device channel。

libxenctrl

libxenctrl是一个c语言编写的库，它为Xend提供通过Dom 0同Xen hypervisor通话的能力。 在Dom 0中一个特殊的称之为privcmd的driver，用来将Xend的请求交付给hypervisor。

Qemu-dm

每一个在Xen 虚拟环境中运行的HVM Guest需要一个Qemu daemon。这个工具用来处理所有从HVM Guest来的network和disk请求，进而在Xen 虚拟化环境中实现全虚拟化。 Qemu必须存在于hypervisor之外，这是因为它需要访问网络和I/O，而这些功能存在于Dom 0，所有Qemu daemon存在于Dom 0.(一个新的feature正在开发当中，stub-dm，用来取代qemu-dm,可能随xen 3.3发布)

xen virtual firmware

xen virtual firmware是一个虚拟的BIOS，被嵌到每一个Dom U HVM VM 当中去，用来确保每个OS启动的过程中可以收到所有它期待的指令。

Xen operation – Domain 0 to Domain U communication

 

Xen hypervisor 不支持网络和disk请求，因此一个Dom U PV Guest必须通过Xen hypervisor同Dom 0 进行通信进而完成一个一次网络或disk请求。

下面以一次Dom U PV Guest 写操作为例来进行说明。

当在Dom U PV Guest 里面进行写操作时，Guest PV Block driver收到写disk操作请求，然后通过Xen hypervisor将数据写入本地内存当中，这块内存是和Dom 0 共享的。一个event channel存在于Dom 0和Dom U PV Guest之间，这使得它们可以通过在xen hypervisor中异步的inter-domain interrupt来进行通信。 Domain 0会收到一个从xen hypervisor来的interrupt，这使得Domain 0中Block Backend Driver 开始访问系统内存，将Domain U PV Guest本地共享内存的数据读出，然后Domain 0将读出的数据写入到本地disk相应的位置。