用CoLinux 進(jìn)行虛擬化

使用、安裝和配置 Cooperative Linux

級別： 初級

M. Tim Jones (mtj@mtjones.com), 顧問工程師, Emulex

2007 年 5 月 21 日

目前，用 VmWare、Xen 和 Kernel-based Virtual Machine（KVM）進(jìn)行虛擬化非常熱門。但是，您是否知道也可以讓 Linux® 與 Microsoft® Windows® 進(jìn)行協(xié)作？本文討論 Cooperative Linux（coLinux），首先簡單介紹虛擬化，然后討論 coLinux 采用的方式。您還會了解如何在 Windows 上設(shè)置并運(yùn)行 coLinux。

在考慮 GNU/Linux 和 Microsoft Windows 時(shí)，協(xié)作可能是最后考慮的問題，但這正是 coLinux 內(nèi)核的專長。對此沒有信心嗎？那就跳到 “coLinux 的優(yōu)點(diǎn)” 一節(jié)。

coLinux 是 Linux 操作系統(tǒng)的一個(gè)端口，它在 Microsoft 操作系統(tǒng)中作為一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行。兩種操作系統(tǒng)通過將中央處理單元（CPU）的控制權(quán)轉(zhuǎn)讓給彼此而協(xié)作，如圖 1 所示。

通過使用內(nèi)核驅(qū)動程序，還可以共享網(wǎng)絡(luò)接口等物理資源。后面會深入討論這個(gè)問題。首先，我們來看看虛擬化的含義。

虛擬化

虛擬化領(lǐng)域 本文主要關(guān)注一種平臺虛擬化的協(xié)作解決方案，但是虛擬化這個(gè)詞也應(yīng)用于其他技術(shù)。例如： 在存儲方面，可以將許多磁盤虛擬化，讓它們看起來像一個(gè)存儲池，這樣就可以按需分配存儲空間。 還可以對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行虛擬化，但是這常常稱為 分區(qū)（zoning）。 OS 虛擬化，這是一種比較簡單的虛擬化形式，它對一個(gè)操作系統(tǒng)上運(yùn)行的服務(wù)器進(jìn)行虛擬化。

虛擬化（Virtualization）是一個(gè)被濫用的詞匯。在本文的上下文中，我指的是對平臺進(jìn)行虛擬化。對平臺（或硬件）進(jìn)行虛擬化意味著，硬件從物理平臺抽象成一個(gè)邏輯平臺集合，操作系統(tǒng)可以在這個(gè)邏輯平臺集合上運(yùn)行。按照最簡單的意義，這意味著可以在同一硬件平臺上運(yùn)行（相同或不同類型的）多個(gè)操作系統(tǒng)。

提供虛擬化的系統(tǒng)元素常常被稱為虛擬機(jī)監(jiān)視器或管理器（hypervisor）。每個(gè)操作系統(tǒng)都使用自己的虛擬機(jī)，虛擬機(jī)與管理器協(xié)作，從而決定對物理硬件的訪問（見圖 2）。

與操作系統(tǒng)相似，可用的虛擬化方法多種多樣。關(guān)于虛擬化的更多信息，請參見 參考資料 一節(jié)。

coLinux

coLinux 是標(biāo)準(zhǔn) Linux 內(nèi)核的一個(gè)端口。換句話說，coLinux 就是一個(gè) Linux 內(nèi)核，它經(jīng)過修改，以與另一個(gè)操作系統(tǒng)協(xié)作運(yùn)行。主機(jī)操作系統(tǒng)（Windows 或 Linux）控制操作系統(tǒng)的物理資源，而訪客（guest）操作系統(tǒng)（coLinux）獲得硬件的虛擬抽象。主機(jī)操作系統(tǒng)必須提供以特權(quán)級別（ring 0）執(zhí)行驅(qū)動程序的方法，并提供分配內(nèi)存的方法（見圖 3）。

coLinux 的根文件系統(tǒng)是主機(jī)操作系統(tǒng)中的一個(gè)常規(guī)文件。對于 Windows，它只是一個(gè)常規(guī)文件；但是對于 coLinux，它是一個(gè)可讀可寫的 ext3 文件系統(tǒng)。

Linux 內(nèi)核所需的其他特性（比如連網(wǎng)或視頻訪問）通過外部代理來實(shí)現(xiàn)。coLinux 可以通過 TUN/TAP 驅(qū)動程序訪問連網(wǎng)特性（在下面的 “連網(wǎng)” 一節(jié)中討論）。簡單地說，這個(gè)驅(qū)動程序提供對以太網(wǎng)設(shè)備的用戶空間訪問，這樣就可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包。對顯示器的訪問也要通過代理。X Window System 是一種協(xié)議，按照這種協(xié)議在主機(jī)之間發(fā)送視頻輸出。因此，通過在主機(jī)操作系統(tǒng)上使用 X Window System 服務(wù)器，可以將視頻輸出轉(zhuǎn)發(fā)到可用的 X 服務(wù)器。

下面，我們就來安裝 coLinux 并配置連網(wǎng)特性和視頻顯示。

安裝 coLinux

安裝 coLinux 非常容易。這包括幾個(gè)步驟（具體取決于您的需要），但是這些步驟都很簡單，而且在我的 Windows XP 機(jī)器上安裝時(shí)沒有出現(xiàn)任何問題。本節(jié)討論如何安裝 coLinux 并啟用連網(wǎng)等服務(wù)。

第一步是下載 coLinux 發(fā)布版。訪問 http://www.colinux.org 并在左側(cè)欄中選擇 Downloads。如果瀏覽器沒有進(jìn)入 SourceForge，那么選擇頁面上的鏈接。頁面的中間有 coLinux-stable 包的鏈接。下載 coLinux 可執(zhí)行文件（至編寫本文時(shí)，最新版本是 coLinux-0.6.4.exe）。coLinux 的 0.6.4 版本是 2.6.11 Linux 內(nèi)核。完成下載之后，雙擊這個(gè)文件開始安裝。

在接受許可協(xié)議之后，詢問您希望安裝哪些組件。保持這些設(shè)置不變（應(yīng)該選擇了所有組件），包括下載根文件系統(tǒng)映像。為了使后面的操作更容易，將安裝 coLinux 的目標(biāo)文件夾改為 c:\colinux\，因?yàn)閺呐渲梦募慕嵌葋砜?，colinux 是標(biāo)準(zhǔn)的安裝子目錄。

當(dāng)安裝程序要求選擇根文件系統(tǒng)映像時(shí)，選擇 Debian 發(fā)布版，因?yàn)樗亲钚〉陌l(fā)布版，解壓后只有 1GB。選擇 Install 來執(zhí)行安裝和根文件系統(tǒng)下載。

安裝完成之后，還有工作要做。下一步是在安裝子目錄中打開一個(gè)文件夾，以便對根文件系統(tǒng)進(jìn)行解壓。

coLinux 的 README 文件包含許多關(guān)于其他安裝選項(xiàng)的信息。這個(gè)文件可以在安裝子目錄（c:\colinux）中找到。這里有一個(gè)以 .bz2 結(jié)尾的怪名字的文件。將這個(gè)文件重命名為 root_fs（這是配置中默認(rèn)的根文件系統(tǒng)文件）。

現(xiàn)在，coLinux 的安裝基本完成了?？梢杂靡韵旅钤?Windows XP 中啟動 coLinux 守護(hù)進(jìn)程（通過命令提示窗口執(zhí)行）：

$ colinux-daemon.exe -c default.colinux.xml                        

在執(zhí)行 colinux-daemon 之后，顯示引導(dǎo)窗口（見圖 4）。這里提供與傳統(tǒng) Linux 引導(dǎo)過程中相同的引導(dǎo)信息。注意，coLinux 的引導(dǎo)非?？?。

還會顯示一個(gè)控制臺窗口（見圖 5），它連接到 colinux-daemon。在這個(gè)窗口中，可以登錄 coLinux 并與 shell 交互。默認(rèn)的用戶名和密碼是 root/root。

在圖 5 中可以看到，coLinux 控制臺由兩個(gè)部分組成：傳統(tǒng)的控制臺和虛擬控制臺，后者提供關(guān)于監(jiān)視器的信息。

連網(wǎng)

從 Linux 的角度來看，當(dāng)安裝完成時(shí)，coLinux 的連網(wǎng)支持已經(jīng)可用了。在安裝過程中已經(jīng)裝載了 TAP 驅(qū)動程序。TAP 驅(qū)動程序是一個(gè)到主機(jī)操作系統(tǒng)所管理的以太網(wǎng)設(shè)備的用戶空間連接。TAP 驅(qū)動程序使訪客操作系統(tǒng)能夠?qū)⒃家蕴W(wǎng)幀寫到一個(gè)虛擬以太網(wǎng)設(shè)備（用戶空間的擴(kuò)展）。然后，用戶空間中的虛擬以太網(wǎng)設(shè)備將以太網(wǎng)幀傳遞給主機(jī)操作系統(tǒng)中真實(shí)的以太網(wǎng)設(shè)備。讀取的過程正好相反。注意，TAP 驅(qū)動程序傳遞的是以太網(wǎng)幀，而 TUP 驅(qū)動程序處理的是 Internet Protocol（IP）幀。

為了支持 TAP 驅(qū)動程序，主機(jī)操作系統(tǒng)必須共享可用的以太網(wǎng)設(shè)備。為了在 Windows XP 中啟用共享，從 Control Panel 打開 Network Connections 面板。選擇活動的局域連接，然后打開屬性。選擇 Advanced 選項(xiàng)卡，選中復(fù)選框允許其他網(wǎng)絡(luò)用戶通過此計(jì)算機(jī)的互聯(lián)網(wǎng)連接來連接（見圖 6）。

啟用網(wǎng)絡(luò)共享之后，可以啟動 coLinux 并像往常一樣使用網(wǎng)絡(luò)。圖 7 顯示執(zhí)行 ping 命令的結(jié)果，這說明網(wǎng)絡(luò)是正常的。

只需稍加配置，coLinux 就可以提供連網(wǎng)特性。關(guān)于用 TUN/TAP 進(jìn)行連網(wǎng)的更多信息，請參閱 參考資料 一節(jié)。

X Window System

有控制臺窗口是很不錯，但如果有圖形化窗口管理器就更好了。通過使用開放源碼的 X 服務(wù)器，比如 Xming，可以在 coLinux 上創(chuàng)建 xterms 或使用其他圖形化應(yīng)用程序。有許多可行的辦法，比如 Virtual Network Computing（VNC），但是我將講解如何使用 Xming。

第一步是 從 SourceForge 下載 Xming。安裝之后，在安裝子目錄中有一個(gè)需要更新的文件，X0.hosts。它包含允許訪問 X 服務(wù)器的遠(yuǎn)程主機(jī)。只需添加運(yùn)行 coLinux 進(jìn)程的機(jī)器的 IP 地址。啟動 Xming X 服務(wù)器和 coLinux，然后在 coLinux 中執(zhí)行以下命令：

colinux:~# export DISPLAY=192.168.1.3:0.0                        colinux:~# xterm &                        

注意，這里指定的 IP 地址是 coLinux 主機(jī)的 IP 地址。在執(zhí)行 xterm 命令之后，出現(xiàn)一個(gè)新的 xterm 窗口，見圖 8。

擴(kuò)展 coLinux

無論下載哪個(gè)根文件系統(tǒng)，它可能不包含您需要的所有東西。但是，可以輕松地?cái)U(kuò)展根文件系統(tǒng)。例如，在使用 Debian GNU/Linux 時(shí)，可以使用 Advanced Packaging Tool（APT，一個(gè)包管理系統(tǒng)）來安裝新的包或更新現(xiàn)有的包。第一步是更新 APT 元數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)維護(hù)關(guān)于安裝的包（包括新提供的包以及獲得它們的位置）的管理信息：

$ apt-get update                        

現(xiàn)在，可以用您需要的其他包更新根文件系統(tǒng)。例如，如果希望在根文件系統(tǒng)中添加 Ruby 語言，那么可執(zhí)行以下命令：

$ apt-get install ruby                        

按照這種方式，可以使用現(xiàn)有的根文件系統(tǒng)并根據(jù)自己的需要進(jìn)行調(diào)整。如果 coLinux 缺少您需要的某些東西，還可以從源代碼重新構(gòu)建 coLinux。

coLinux 的優(yōu)點(diǎn)

coLinux 是使用和試驗(yàn) Linux 的一種好方法。與 Cygwin 相似，coLinux 允許在 Windows 操作系統(tǒng)上開發(fā)和執(zhí)行 Linux 應(yīng)用程序。還可以用 apt-get 安裝、更新或刪除應(yīng)用程序，從而維護(hù) Linux 操作系統(tǒng)。

與 Cygwin 不同的是，在 coLinux 上執(zhí)行 Linux 應(yīng)用程序不需要重新構(gòu)建。從這個(gè)角度來說，coLinux 是與 Windows 操作系統(tǒng)協(xié)作的真正的 Linux 操作系統(tǒng)。

coLinux 另一個(gè)令人感興趣的優(yōu)點(diǎn)是可移植性?？梢栽谝粋€(gè) Windows 主機(jī)上建立一個(gè) coLinux 發(fā)行版，并在根文件系統(tǒng)中安裝一套定制的應(yīng)用程序。然后，可以將根文件系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)主機(jī)，并重新啟動。這樣就有了一個(gè)可移動的開發(fā)平臺，壓縮后的根文件系統(tǒng)完全可以放在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) USB 記憶棒中。

最后，coLinux 的速度很快，因?yàn)樗举|(zhì)上是在本機(jī)硬件中運(yùn)行的。

coLinux 的問題

coLinux 的主要缺點(diǎn)是它有可能導(dǎo)致整個(gè)機(jī)器崩潰（包括所有進(jìn)行協(xié)作的操作系統(tǒng)），因?yàn)樵L客操作系統(tǒng)以特權(quán)模式在主機(jī)內(nèi)核中運(yùn)行。它的正常操作還依賴于外部軟件（窗口和連網(wǎng)支持）。除此之外，coLinux 的安裝和配置非常容易。在我使用 coLinux 期間，沒有遇到過崩潰。

結(jié)束語

盡管有許多虛擬化方案，但是 coLinux 采用的方式和提供的功能很新穎。coLinux 本身在 Windows 之上提供一個(gè)虛擬化的 Linux。再加上其他一些開放源碼工具，就可以建立一個(gè)完全成熟的 Linux 開發(fā)系統(tǒng)，包括連網(wǎng)和圖形用戶界面。coLinux 并不完美，但它是在標(biāo)準(zhǔn) Windows 桌面計(jì)算機(jī)上使用 Linux 的好方法。

參考資料

• 您可以參閱本文在 developerWorks 全球網(wǎng)站上的 英文原文。
  
  
• 虛擬 Linux：虛擬化方法、架構(gòu)和實(shí)現(xiàn)概述”（developerWorks，2007 年 1 月）討論虛擬化的歷史以及 Linux 可用的各種虛擬化方法。
  
  
• coLinux Web 站點(diǎn)介紹了 coLinux 開放源碼代碼當(dāng)前的狀況，幫助用戶在 Windows 上運(yùn)行 Linux 發(fā)行版。
  
  
• coLinux wiki 提供關(guān)于 coLinux 的文檔和其他參考資料。
  
  
• Dan Aloni 的 Cooperative Linux（PDF）研究了 coLinux 實(shí)現(xiàn)的一些低層技術(shù)細(xì)節(jié)。
  
  
• Amit Singh 所寫的 “An Introduction to Virtualization” 介紹了虛擬化和各種實(shí)現(xiàn)方法。除了 Linux 之外，本文還討論了其他操作系統(tǒng)虛擬化（Windows、Solaris）和其他虛擬化方法（比如網(wǎng)絡(luò)堆棧虛擬化）。
  
  
• TUN 和 TAP 是虛擬的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)核設(shè)備。
  
  
• Xen 是 XenSource 開發(fā)的一個(gè)開放源碼虛擬機(jī)監(jiān)視器（管理器）。Xen 使用 paravirtualization 技術(shù)，通常需要修改訪客操作系統(tǒng)，但是 Xen 可以對 CPU 進(jìn)行虛擬化來支持未修改的訪客操作系統(tǒng)。
  
  
• APT 是 Debian Linux 發(fā)行包提供的一個(gè)包管理系統(tǒng)。它是對系統(tǒng)進(jìn)行更新的好工具。
  
  
• 在 developerWorks 中國網(wǎng)站 Linux 專區(qū) 上，尋找適合 Linux 開發(fā)人員的更多參考資料。
  
  
• 隨時(shí)關(guān)注 developerWorks 技術(shù)活動 和 網(wǎng)絡(luò)廣播。

• 在 SourceForge 上可以找到最新的 coLinux 源代碼和二進(jìn)制代碼。
  
  
• 從 SourceForge 獲得最新的 TUN/TAP 驅(qū)動程序。
  
  
• KVM 是一種新的 Linux 虛擬化技術(shù)。它是一個(gè)內(nèi)核模塊解決方案，需要對 Linux 內(nèi)核稍做改動并作為內(nèi)核模塊裝載。KVM 提供訪客操作系統(tǒng)的虛擬化，但是需要 QEMU 才能執(zhí)行 I/O 操作。請閱讀 introduction of KVM into the 2.6.20 kernel。
  
  
• Cygwin 是另一個(gè)在 Windows 上運(yùn)行的 Linux 虛擬化工具。coLinux 可以使用 Cygwin 提供的 X 服務(wù)器功能。
  
  
• Xming 是一種用于 Microsoft Windows 環(huán)境的開放源碼 X 窗口服務(wù)器。
  
  
• 獲取免費(fèi)的 SEK for Linux，這包括兩張 DVD，其中包含來自 DB2®、Lotus®、Rational®、Tivoli® 和 WebSphere® 的最新的 IBM Linux 試用軟件。
  
  
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關(guān)于作者

		M. Tim Jones 是一名嵌入式軟件工程師，他是 GNU/Linux Application Programming、AI Application Programming 以及 BSD Sockets Programming from a Multilanguage Perspective 等書的作者。他的工程背景非常廣泛，從同步宇宙飛船的內(nèi)核開發(fā)到嵌入式架構(gòu)設(shè)計(jì)，再到網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的開發(fā)。Tim 是位于科羅拉多州 Longmont 的 Emulex Corp. 的一名顧問工程師。