1998-2009 VMware書寫的“虛擬化”歷史
VMware的傳奇歷史
虛擬化技術(shù)在 20 世紀(jì) 60 年代首次開(kāi)發(fā),當(dāng)時(shí)是為了對(duì)大型機(jī)硬件進(jìn)行分區(qū)以提高硬件利用率。30 多年前,IBM 率先實(shí)施虛擬化,作為對(duì)大型機(jī)進(jìn)行邏輯分區(qū)以形成若干獨(dú)立虛擬機(jī)的一種方式。這些分區(qū)允許大型機(jī)進(jìn)行“多任務(wù)處理”:同時(shí)運(yùn)行多個(gè)應(yīng)用程序和進(jìn)程。由于當(dāng)時(shí)大型機(jī)是十分昂貴的資源,因此設(shè)計(jì)了虛擬化技術(shù)來(lái)進(jìn)行分區(qū),作為一種充分利用投資的方式。
在 20 世紀(jì) 80 年代和 90 年代,由于客戶端-服務(wù)器應(yīng)用程序以及價(jià)格低廉的x86 服務(wù)器和臺(tái)式機(jī)成就了分布式計(jì)算技術(shù),虛擬化實(shí)際上已被人們棄用。20 世紀(jì) 90 年代 Windows 的廣泛使用以及 Linux 作為服務(wù)器操作系統(tǒng)的出現(xiàn)奠定了 x86 服務(wù)器的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)地位。x86 服務(wù)器和桌面部署的增長(zhǎng)帶來(lái)了新的 IT 基礎(chǔ)架構(gòu)和運(yùn)作難題。這些難題包括:
——基礎(chǔ)架構(gòu)利用率低。根據(jù)IDC的報(bào)告,典型的 x86 服務(wù)器部署平均達(dá)到的利用率僅為總?cè)萘康?10% 到 15%。組織通常在每臺(tái)服務(wù)器上運(yùn)行一個(gè)應(yīng)用程序,以避免出現(xiàn)一個(gè)應(yīng)用程序中的漏洞影響同一服務(wù)器上其他應(yīng)用程序的可用性的風(fēng)險(xiǎn)。
——物理基礎(chǔ)架構(gòu)成本日益攀升。為支持不斷增長(zhǎng)的物理基礎(chǔ)架構(gòu)而需要的運(yùn)營(yíng)成本穩(wěn)步攀升。大多數(shù)計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)都必須時(shí)刻保持運(yùn)行,因此耗電量、制冷和設(shè)施成本不隨利用率水平而變化。
——IT 管理成本不斷攀升。隨著計(jì)算環(huán)境日益復(fù)雜,基礎(chǔ)架構(gòu)管理人員所需的專業(yè)教育水平和經(jīng)驗(yàn)以及此類人員的相關(guān)成本也隨之增加。組織在與服務(wù)器維護(hù)相關(guān)的手動(dòng)任務(wù)方面花費(fèi)過(guò)多的時(shí)間和資源,因而也需要更多的人員來(lái)完成這些任務(wù)。
——故障切換和災(zāi)難保護(hù)不足。關(guān)鍵服務(wù)器應(yīng)用程序停機(jī)和關(guān)鍵最終用戶桌面不可訪問(wèn)對(duì)組織造成的影響越來(lái)越大。安全攻擊、自然災(zāi)害、流行疾病以及恐怖主義的威脅使得對(duì)桌面和服務(wù)器進(jìn)行業(yè)務(wù)連續(xù)性規(guī)劃顯得更為重要。
——最終用戶桌面的維護(hù)成本高昂。企業(yè)桌面的管理和保護(hù)帶來(lái)了許多難題。在不影響用戶有效工作的能力的情況下控制分布式桌面環(huán)境并強(qiáng)制實(shí)施管理、訪問(wèn)和安全策略,實(shí)現(xiàn)起來(lái)十分復(fù)雜且成本高昂。必須不斷地對(duì)桌面環(huán)境應(yīng)用數(shù)目眾多的修補(bǔ)程序和升級(jí)以消除安全漏洞。
1999 年,VMware 推出了針對(duì) x86 系統(tǒng)的虛擬化技術(shù),旨在解決上述很多難題,并將 x86 系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成通用的共享硬件基礎(chǔ)架構(gòu),以便使應(yīng)用程序環(huán)境在完全隔離、移動(dòng)性和操作系統(tǒng)方面有選擇的空間。今年是IT168網(wǎng)站成立十周年,值此之際,IT168服務(wù)器頻道推出了系列回顧性文章,以梳理服務(wù)器產(chǎn)業(yè)過(guò)去的風(fēng)風(fēng)雨雨,從而幫助大家對(duì)那些如同璀璨明星一樣的企業(yè)和產(chǎn)品有了一個(gè)歷史性的認(rèn)知和把握。下面就讓我們一起來(lái)回顧VMware自1998年成立以來(lái)其產(chǎn)品技術(shù)不斷發(fā)展變遷的歷程。
IDC:虛擬化技術(shù)發(fā)展道路上的里程碑
VMware(NYSE:VMW)是總部設(shè)在美國(guó)的一家專門研究虛擬化軟件的公司,成立于1998年,總部位于加利福尼亞州的帕洛阿爾托市,主要控股股東是存儲(chǔ)界的巨頭EMC(NYSE:EMC)公司。VMware這個(gè)稱呼源自“VM”,即“virtual machine”(虛擬機(jī))的首字母縮寫,結(jié)合了“Software”中第二部分的ware ,最后便形成了VMware這個(gè)詞,即虛擬機(jī)軟件。VMware的桌面軟件可以運(yùn)行在Windows、Linux和Mac OS X上,VMware的企業(yè)軟件VMware ESX Server可以直接運(yùn)行在服務(wù)器裸機(jī)上,不需要任何操作系統(tǒng)的支撐。
回顧系列:
生于2000年 刀片服務(wù)器迎來(lái)多元化時(shí)代
從POWER1到POWER7 IBM處理器20年簡(jiǎn)史
1998-2009 英特爾至強(qiáng)處理器的12個(gè)年頭
2003-2009年 盤點(diǎn)AMD皓龍?zhí)幚砥鳉v程
VMware的傳奇歷史
VMware由Diane Greene(1976年獲得佛蒙特大學(xué)機(jī)械工程學(xué)士學(xué)位,1978年獲得美國(guó)麻省理工學(xué)院建筑學(xué)學(xué)士學(xué)位,1988年獲得美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分校計(jì)算機(jī)科學(xué)碩士學(xué)位),Mendel Rosenblum(美國(guó)弗吉尼亞大學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)士,1991年獲得美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分校博士學(xué)位),Scott Devine(美國(guó)康奈爾大學(xué)學(xué)士,斯坦福大學(xué)碩士),Edward Wang(1983年計(jì)算機(jī)學(xué)士,1988年碩士,1994年博士,都是在美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分校獲得的)和Edouard Bugnion (瑞士蘇黎世理工學(xué)院學(xué)士,斯坦福大學(xué)碩士)創(chuàng)辦于1998年。Rosenblum和Greene后來(lái)結(jié)婚了,兩人是在伯克利分校時(shí)認(rèn)識(shí)的。直到2005年Edouard Bugnion一直是VMware的首席架構(gòu)師和CTO,后來(lái)他創(chuàng)立了Nuova Systems(目前已被思科收購(gòu))。
公司總部設(shè)在美國(guó)加利福尼亞州的帕洛阿爾托市,2005年在劍橋和麻省理工學(xué)院建立了R&D中心。VMware軟件可以運(yùn)行在Windows和Linux上,2006年12月首次發(fā)布了運(yùn)行在Mac OS X上的版本。現(xiàn)在,VMware 已成為 x86 虛擬化領(lǐng)域的全球領(lǐng)軍企業(yè),年收入19億美元,員工6500人,擁有 130,000 多家客戶,其中包括財(cái)富 100 強(qiáng)中的全部企業(yè),它們都認(rèn)識(shí)到了虛擬化的好處,包括總體擁有成本更低,投資回報(bào)率更高,并改善了它們產(chǎn)品的服務(wù)能力。
1999年VMware發(fā)布了它的第一款產(chǎn)品VMware Workstation,2001年通過(guò)發(fā)布VMware GSX Server(托管)和VMware ESX Server(不托管)宣布進(jìn)入服務(wù)器市場(chǎng)。VMWare Workstation、GSX Server、ESX Server三者的區(qū)別在于:ESX Server并不需要操作系統(tǒng)的支持,它本身就是一個(gè)“操作系統(tǒng)”,可以用來(lái)管理硬件資源,所有的系統(tǒng)都安裝在它的上面,帶有遠(yuǎn)程web管理和客戶端管理功能;GSX Server這個(gè)版本就要安裝在一個(gè)操作系統(tǒng)下,這個(gè)操作系統(tǒng)叫做HOST OS,這個(gè)HOST OS可以是Windows 2000 Server以上的Windows版本或者是Linux(官方支持列表中只有Redhat,Novell SUSE,Mandrake等少數(shù)幾種),和ESX Server一樣帶有遠(yuǎn)程web管理和客戶端管理功能;VMware WorkStation和GSX Server類似,也是要安裝在一個(gè)操作系統(tǒng)下,對(duì)操作系統(tǒng)的要求也是Windows 2000以上或者Linux,但區(qū)別在于沒(méi)有web遠(yuǎn)程管理和客戶端管理功能。
2003年VMware推出了VMware Virtual Center,包括最初的VMotion(虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)遷移功能,將正在運(yùn)行的虛擬機(jī)從一臺(tái)物理服務(wù)器移動(dòng)至另一臺(tái)物理服務(wù)器,而不影響最終用戶)和Virtual SMP(允許一個(gè)虛擬機(jī)同時(shí)使用最多四個(gè)物理處理器)技術(shù),使得VMware的軟件在高可用和性能方面建立了優(yōu)勢(shì),得以進(jìn)入關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域,并靠其自身實(shí)力建立起了行業(yè)領(lǐng)袖地位,2004年推出了64位支持版本,同一年,VMware被EMC收購(gòu)。
2007年8月,EMC在紐約證券交易所發(fā)行了VMware 10%的股份,每股29美元,當(dāng)天報(bào)收51美元,上漲了22美元。虛擬化技術(shù)成為IT領(lǐng)域眾星捧月般的“明星”技術(shù)。
隨著X86虛擬化市場(chǎng)日益紅火,眾多廠商開(kāi)始加入戰(zhàn)團(tuán),包括微軟、思杰、紅帽、Parallels、Virtual Iron等。面臨激烈競(jìng)爭(zhēng),VMware的市場(chǎng)霸主地位受到侵蝕和挑戰(zhàn)。2008年7月8日,VMware共同創(chuàng)始人,當(dāng)時(shí)的董事長(zhǎng)兼CEO Diane Greene被VMware董事會(huì)突然解雇,取而代之的是Paul Maritz,Paul Maritz曾在微軟干過(guò)14年,后來(lái)又領(lǐng)導(dǎo)過(guò)EMC的云計(jì)算業(yè)務(wù)部門,同時(shí)還宣布了VMware 2008的收入將在2007年的基礎(chǔ)上大約增長(zhǎng)50%,因此VMware的市場(chǎng)價(jià)格下降了將近25%,2008年9月10日,公司的首席科學(xué)家Rosenblum辭去了VMware的工作。
VMware現(xiàn)任CEO Paul Maritz
2008年9月16日,VMware宣布和思科合作,提供數(shù)據(jù)中心連接解決方案,合作的第一個(gè)成果就是思科的Nexus 1000V,Nexus 1000V是一款分布式虛擬交換機(jī),它作為VMware基礎(chǔ)架構(gòu)的一個(gè)集成選項(xiàng)。
2008年11月26日,VMware收購(gòu)了專門從事3D圖形驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)的Tungsten Graphics公司。
核心產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念
x86 計(jì)算機(jī)與大型機(jī)不同,它在設(shè)計(jì)上不支持全面虛擬化,因此 VMware 必須克服難以解決的難題才能在 x86 計(jì)算機(jī)上開(kāi)發(fā)出虛擬機(jī)。
在大型機(jī)和 PC 中,大多數(shù) CPU 的基本功能都是執(zhí)行一系列存儲(chǔ)的指令(即軟件程序)。x86 處理器中有 17 條特定指令在虛擬化時(shí)會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題,從而導(dǎo)致操作系統(tǒng)顯示警告、終止應(yīng)用程序或直接完全崩潰。因此,這 17 條指令是在 x86 計(jì)算機(jī)上首次實(shí)現(xiàn)虛擬化時(shí)的嚴(yán)重障礙。
為應(yīng)對(duì) x86 體系結(jié)構(gòu)中會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題的這些指令,VMware 開(kāi)發(fā)了一種自適應(yīng)虛擬化技術(shù)。在生成這些指令時(shí)此技術(shù)會(huì)將它們“困住”,然后將它們轉(zhuǎn)換成可以虛擬化的安全指令,同時(shí)允許所有其他指令不受干擾地執(zhí)行。這樣就產(chǎn)生了一種與主機(jī)硬件匹配并保持軟件完全兼容性的高性能虛擬機(jī)。VMware 首創(chuàng)了這項(xiàng)技術(shù)。
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VMware提供了一套完整的虛擬化硬件給客戶機(jī)操作系統(tǒng),VMware軟件虛擬化了顯卡、網(wǎng)卡和硬盤,主機(jī)為客戶機(jī)USB、串行和并行設(shè)備提供驅(qū)動(dòng),因此VMware虛擬機(jī)就可以在不同計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行快速遷移,因?yàn)槊總€(gè)主機(jī)看到的幾乎是一樣的客戶機(jī),實(shí)際上,系統(tǒng)管理員可以暫停在虛擬機(jī)客戶機(jī)上的操作,移動(dòng)或拷貝客戶機(jī)到另一個(gè)物理計(jì)算機(jī)上,而且正好在暫停點(diǎn)恢復(fù)執(zhí)行。另外,對(duì)于企業(yè)用戶,有一個(gè)實(shí)用的工具VMotion,它允許遷移正在運(yùn)行的虛擬客戶機(jī)到獨(dú)立的主機(jī)上,但存儲(chǔ)是共享的,轉(zhuǎn)移過(guò)程對(duì)于所有用戶而言都是透明的。
VMware Workstation、GSX Server和ESX對(duì)目標(biāo)操作系統(tǒng)都進(jìn)行了優(yōu)化,比起模擬器(如Bochs)性能要好得多。模擬器在目標(biāo)主機(jī)上一個(gè)一個(gè)模擬每個(gè)CPU指令的功能,或動(dòng)態(tài)重新編譯它們第一次執(zhí)行的機(jī)器指令編譯塊,當(dāng)代碼再次運(yùn)行時(shí)直接使用翻譯后的代碼,微軟公司的Virtual PC for Mac OS X就是使用的這種方法。VMware軟件部模擬不同硬件的指令集,大大提升了性能,但在不同指令集計(jì)算機(jī)之間移動(dòng)虛擬客戶機(jī)可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題(如從64位Intel CPU主機(jī)移動(dòng)到AMD CPU主機(jī)上);如果源和目標(biāo)主機(jī)的CPU數(shù)量不一樣也可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題,在移動(dòng)虛擬客戶機(jī)之前先停掉它,然后再移動(dòng)到不同CPU型號(hào)的主機(jī)上通常不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。
VMware的產(chǎn)品使用CPU直接運(yùn)行代碼(如在x86上運(yùn)行用戶模式和虛擬的8086模式),當(dāng)直接執(zhí)行不起作用時(shí),VMware產(chǎn)品動(dòng)態(tài)重寫代碼,VMware管這個(gè)過(guò)程叫做“二進(jìn)制轉(zhuǎn)換”或BT,轉(zhuǎn)換的代碼存儲(chǔ)在多余的內(nèi)存中,通常在地址空間的末尾,它的分段機(jī)制可以保護(hù)和隱身,正是由于這些原因,VMware要比那些模擬器的運(yùn)行速度更快,在相同的硬件上,虛擬客戶機(jī)的運(yùn)行速度大約上升80%左右,VMware宣傳在計(jì)算密集型應(yīng)用程序上系統(tǒng)開(kāi)銷要少3%-6%。
VMware的方法巧妙地避開(kāi)了基于x86平臺(tái)上虛擬化的困難,虛擬機(jī)可以通過(guò)替換處理干擾指令,或在用戶模式下運(yùn)行內(nèi)核代碼。雖然VMware虛擬機(jī)運(yùn)行在用戶模式下,但VMware Workstation本身需要安裝主機(jī)操作系統(tǒng)的各種驅(qū)動(dòng),特別要注意GDT和IDT表動(dòng)態(tài)切換。VMware產(chǎn)品線也可以在雙啟動(dòng)系統(tǒng)上運(yùn)行不同的操作系統(tǒng)。
第1頁(yè):VMware的傳奇歷史 第2頁(yè):核心產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念 第3頁(yè):形形色色的產(chǎn)品 從桌面到數(shù)據(jù)中心 第4頁(yè):服務(wù)器軟件 第5頁(yè):更多功能產(chǎn)品 形形色色的產(chǎn)品 從桌面到數(shù)據(jù)中心
桌面軟件
? VMware Workstation(VMware 1999年發(fā)布的第一款產(chǎn)品),它允許用戶在同一物理主機(jī)上安裝和運(yùn)行多個(gè)x86或x86-64兼容的操作系統(tǒng)實(shí)例。
? VMware Fusion為MacIntel平臺(tái)提供了與VMware Workstation類似的功能,完全兼容由VMware產(chǎn)品創(chuàng)建的虛擬機(jī)。
? VMware Player是為那些沒(méi)有VMware Workstation或VMware Fusion許可準(zhǔn)備的,它是一款可免費(fèi)使用的產(chǎn)品,它可以運(yùn)行創(chuàng)建好的虛擬機(jī)(但不能創(chuàng)建虛擬機(jī))。
服務(wù)器軟件
VMware有兩款用于服務(wù)器的虛擬化產(chǎn)品:
1)VMware ESX(之前叫做“ESX Server”),它是一個(gè)企業(yè)級(jí)產(chǎn)品,比免費(fèi)軟件VMware Server的性能更好,系統(tǒng)開(kāi)銷更小,VMware ESX是一個(gè)裸機(jī)產(chǎn)品,直接運(yùn)行在服務(wù)器硬件上,可以直接控制虛擬服務(wù)器,使用更多或更少的硬件資源。此外,VMware ESX還被集成到了VMware vCenter中,它提供額外的服務(wù)為服務(wù)器部署增強(qiáng)可靠性和可管理性,如:
——VMotion – 從一個(gè)ESX主機(jī)將正在運(yùn)行的虛擬機(jī)移動(dòng)到另一個(gè)ESX主機(jī)上
——Storage VMotion – 將正在運(yùn)行的虛擬機(jī)從一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備移動(dòng)到另一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備
——DRS(Dynamic Resource Scheduler) -- 使用VMotion自動(dòng)平衡ESX集群
——HA(High Availability)-- 集群中硬件失效時(shí),虛擬服務(wù)器自動(dòng)在集群中另一個(gè)主機(jī)上重新啟動(dòng)。
VMware ESX Server是為關(guān)鍵業(yè)務(wù)環(huán)境中分區(qū)、合并和管理服務(wù)器的虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)軟件,非常適合企業(yè)數(shù)據(jù)中心使用,ESX Server通過(guò)提高資源利用率使計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)的總體擁有成本降到最低,同時(shí)與硬件無(wú)關(guān)的虛擬機(jī)封裝文件的管理大大增加了管理的靈活性。
2)VMware ESXi(之前叫做“VMware ESX 3i”)和ESX非常類似,不同之處就是移除了服務(wù)控制臺(tái),使用了更輕巧的BusyBox進(jìn)行代替。相對(duì)ESX而言,ESXi需要的磁盤空間更小,內(nèi)存占用也減少了,ESXi既可以運(yùn)行在閃存盤上,也可以運(yùn)行在普通硬盤上,VMware ESXi主機(jī)不能直接從控制臺(tái)進(jìn)行管理,所有管理都是通過(guò)VirtualCenter Server進(jìn)行的。2008年7月,VMware決定將ESXi免費(fèi)。
3)VMware Server(之前叫做“GSX Server”)也是一款免費(fèi)軟件,和VMware Player類似,但它可以創(chuàng)建虛擬機(jī),它是一個(gè)“托管”應(yīng)用程序,需要運(yùn)行在現(xiàn)有的Linux或Windows操作系統(tǒng)上。
更多功能產(chǎn)品
VMware vCenter Converter(VMware Converter)既有服務(wù)器版本也有獨(dú)立運(yùn)行的版本,它主要用于完成以下任務(wù):
——將物理機(jī)轉(zhuǎn)換成虛擬機(jī),也叫做P2V
——將虛擬機(jī)從一個(gè)類型轉(zhuǎn)換到另一個(gè)類型
——在VMware ESX/ESXi服務(wù)器上運(yùn)行自動(dòng)配置任務(wù)
轉(zhuǎn)換的虛擬機(jī)和VMware ESX/ESXi Server,VMware Server和VMware Workstation兼容,可以在任何運(yùn)行Windows XP(或更高版本)或基于Linux的操作系統(tǒng)(Linux只能在獨(dú)立版本上工作)的物理機(jī)上進(jìn)行P2V轉(zhuǎn)換,通過(guò)中央控制臺(tái)管理轉(zhuǎn)換,允許同時(shí)執(zhí)行多個(gè)轉(zhuǎn)換。VMware vCenter Converter替代了VMware的舊產(chǎn)品“P2V Assistant”和“Importer”, P2V Assistant允許用戶將物理機(jī)轉(zhuǎn)換成虛擬機(jī),Importer則負(fù)責(zé)從其它產(chǎn)品中將虛擬機(jī)導(dǎo)入到VMware Workstation。
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VMware Capacity Planner是一款I(lǐng)T容量規(guī)劃工具,在異構(gòu)計(jì)算環(huán)境中收集可利用的數(shù)據(jù),和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)參考數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,最后提供分析報(bào)表和決策支持模型。
VMware ACE提供了一種分布式安全的虛擬桌面給網(wǎng)絡(luò)客戶端計(jì)算機(jī)。
VMware ThinApp是一款創(chuàng)建可移動(dòng)軟件的虛擬化套件,這些軟件可以在光盤、U盤、閃存卡、軟盤中進(jìn)行啟動(dòng)運(yùn)行。
VMware Infrastructure是一個(gè)管理VMware ESX/ESXi服務(wù)器環(huán)境的虛擬化產(chǎn)品集合。
VMware vSphere是一個(gè)云操作系統(tǒng),VMware vSphere 4最初叫做VMware Virtual Infrastructure (VI) 4,它可以管理大型基礎(chǔ)架構(gòu)池,包括內(nèi)部和外部網(wǎng)絡(luò)上的軟件和硬件。
vSphere不同版本的功能比較
VMware Tools包為不同客戶機(jī)操作系統(tǒng)提供驅(qū)動(dòng)和實(shí)用程序提升圖形應(yīng)用性能,這個(gè)包讓主機(jī)和客戶機(jī)之間結(jié)合得更加緊密,包括共享文件夾,即插即用設(shè)備,時(shí)鐘同步和跨環(huán)境剪切/粘貼,VMware Tools包適用于Windows、Linux、Solaris、FreeBSD和Novell NetWare客戶機(jī)操作系統(tǒng)。
在2007年9月11日的VMworld大會(huì)上,VMware宣布VMware Tools包中適用于Linux、Solaris和FreeBSD客戶機(jī)操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)和實(shí)用工具都采用GPL或GPL兼容的許可。他們也宣布了在Sourceforge.net上創(chuàng)建Open Virtual Machine Tools(open-vm-tools)項(xiàng)目。
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