Sunday, March 30, 2008

虚拟鸡和虚拟鸭

说起虚拟技术呢,首先当然要提这一领域的四大天王,他们是:VMware、XEN、MS Virtual Server、Virtuozzo和OpenVZ。
(哄噢~有人不识数喔~)
听我慢慢说啦!OpenVZ是用Virtuozzo全套源码的一个开源项目,所以技术上说,Virtuozzo和OpenVZ是一家,就像CentOS和 Red Hat的关系一样。当然CentOS和Red Hat实在太相像了,而Virtuozzo和OpenVZ还是稍微有点区别的。比如Virtuozzo能支持Windows,而OpenVZ就不行; Virtuozzo有很多图形节目的管理工具,OpenVZ目前还只能用命令行。

叙述的有点乱,还是逐个介绍一下四大天王先。

首屈一指的当属VMware公司。这个公司在虚拟主机方面的产品贼丰富,技术也贼成熟,顺其自然的,其看家护院的产品——ESX Server——卖的也就贼贵贼贵的。

这个ESX Server是直接安装在裸机上的,不需要安装任何操作系统,或者说,ESX自己就是个特殊的操作系统。因为ESX的安装界面很像RedHat,里面的指 令和服务也很像,所以有些人误以为ESX = RedHat + VMware Server,其实不是酱子滴。

ESX里的大部分底层驱动都由VMware重新写过,而且还内带好多咚咚,比如SAN文件共享和多路径冗余。VMware为了表示自己的确干了好多活,就把这个kernel命名为VMkernel。
而整个ESX基本可以看作VMkernel + Console。这个Console基本就是RedHat AS3的改版,可以看做是个特殊的虚拟机。

本人觉得VMware最酷的技术是VMotion,就是能让虚拟机活着搬家。我曾伙同另外一个家伙测过VMotion的效率,在虚拟机从一台服务器搬家到另外一台服务器的过程中,持续ping这台虚拟机的IP地址,结果发现整个过程中只有一个ping响应略有延迟。厉害!

当然喽,要实现VMotion,就肯定需要后端有一个共享SAN文件系统。ESX里面带的SAN文件系统叫VMFS,实现的功能跟SANergyFS和 ADIC StorNext FS差不多,不过VMFS是对称式的。也就是说,安装ESX的时候,不需要给VMFS指定MDC。

ESX里集成的多链路功能也不错,主流光纤卡都能支持(要求太低了点儿吧~)
还有,多链路聚合和切换是在驱动层完成的,不是靠device-mapper或MD。也就是说,在双卡的机器上安装ESX之后,在/proc/scsi/scsi里看到的,就已经是合并之后的设备,不需要像powerpath那样再搞东搞西的。

另外ESX还支持iSCSI和NFS,用来连接IP-SAN和NAS(咦?这回居然没人呕吐,那我再大声说一遍,“IP-SAN和NAS~”OK,我爽了,你慢慢吐先。)
其实ESX里面是有Samba Client的,而且我试了试,访问一般的Windows共享没啥问题。但是VMware的官方文档里,目前还没有对CIFS的支持,也许是人家对自己严格要求吧。

VMware产品系列中,除了ESX以外,还有两个虚拟引擎——VMware Server(也就是原来的GSX),VMware Workstation以及最近即将发布的VMware Fusion。
Sorry,这回真的数错了,是三个,三个产品。Server、Workstation和Fusion。
与ESX相比,这三个产品运行的层次要高一些,都是要安装在操作系统上的。Server和Workstation运行在Windows和Linux上,Fusion运行在苹果的Mac OS上。

为了配合这些个虚拟引擎,当然主要是为了配合ESX,VMware还有一些管理软件和工具。比如Virtual Center、Importer、Convertor、P2V、Player等等。
这些工具中很多是免费的,也有些如Virtual Center这样的工具,是跟ESX打包在一起卖的。ESX + VC的组合叫Virtual Infrastructure,简称VI。

顺便提一下,虚拟技术世界里,简称VI的咚咚好多,一不留神就容易搞混。比如有家公司叫Virtual Iron,而且其产品也叫Virtual Infrastructure,另外在InfiniBand交换技术里还有个协议层叫Virtual Interface。下次有人跟你说VI的时候,最好问清楚是哪个VI,免得最后驴被马性骚扰。
类似的重名现象还有VDI这个缩写。VMware有一个包叫Virtual Desktop Infrastructure,Virtual Iron公司也有个名字完全相同的产品包。当然里面的咚咚是完全不同的啦。

造成这严重的重名现象至少有两种可能:
一是这些公司在起名字的时候太缺乏创意,哪像咱存储界的厂商,明明东西一样,名字也起得五花八门。
二是人家故意把名字弄得一样,以表示说“对啦,我就是跟你竞争的!”

事实上Virtual Iron也确实是VMware的一个有力竞争者。咱们要说的第二个天王,XEN,确切的说不是一个人在战斗,而是一个庞大的阵营。其中就包括Virtual Iron公司。

XEN本是一个剑桥搞的开源项目,最近几年发展得超级迅速,目前几乎所有的Linux版本都搭配了这个咚咚,就连一些Unix也开始考虑勾搭之。XEN的 技术特点是Para-virtual,即“并行虚拟”也叫“半虚拟”技术,就是说XEN能让虚拟机中的某些程序直接访问硬件。

打个比方说,VMware ESX像是穿在服务器硬件上的一层衣服,这层衣服把硬件包裹得很严实。ESX中的虚拟机所看到的硬件资源,100%都是由ESX虚拟出来的。虚拟机中的操作系统,是不能直“接触”摸到真正的硬件资源的。
而XEN呢,则像是穿在服务器硬件上的性感的比基尼泳装,虚拟机不仅可以看到,而且可以直接摸到……
同学~你口水流出来啦!赶快擦擦。

记得早些年间要在XEN上装Linux的时候,还需要手工改内核。现在Intel和AMD在CPU里提供的新的虚拟技术之后,XEN不仅可以不改内核直接安装Linux,还可以支持Windows虚拟机。技术的进步真是快啊!

啥?你问Intel和AMD是啥技术?别急,我后面会说到。本来我脑子就乱,你这一打岔,我就更乱了。
咳~咳~刚才说到哪了?
噢,对了,是说XEN阵营。

这里面的两大主力是Virtual Iron和XenSource公司。这个Virutal Iron公司原本是有自己一整套从软到硬的虚拟产品,不过近来发现XEN年轻貌美,便放弃了自己半老的旧引擎,全套采用XEN为其核心。早年记得 Virtual Iron还有些基于InfiniBand交换的硬件虚拟技术,现在在他的网站上也看不到了。看来告别过去的决心有够坚决。

XenSource公司没有什么旧关系的瓜葛,就是靠的XEN的发展而发展起来的。现在业界使用最广泛的XEN商用版本就来自这个公司。 XenSource发布的商用版本一共有三个……等会儿,让我再数一遍。OK,没问题,的确是三个:XenEnterprise、XenServer、 XenExpress。

虽然在XEN的阵营中,XenSource提供了类似VMware的P2V和Importer工具,Virtual Iron提供了集中管理工具,但是总体来说,XEN的管理软件和工具还是远不如VMware完整和成熟。好在XEN阵营还在日益扩大,除了各大Linux 厂商、Sun和IBM,听说最近微软也来凑热闹,跟XenSource谈起了合作。如此看来,XEN真是前途不可限量啊!

说到微软,也就是咱们要认识的第三位天王,总是让人想起IE、Media Player等“经典”之作,虽然他不是第一个做出来,而且技术也不见得更好,但是一旦开始免费的捆绑在Windows里面,对手的日子就难过了。如今微软在虚拟技术上的手段,也是如此。

到目前为止,微软一共推出了四个咚咚,安啦~不会再数错啦,Virtual PC 2004、Virtual PC2007、Virtual Server 2005、Virtual Server 2005 R2。这些咚咚的工作层次跟VMware Server和Workstation的层次相同,都是需要安装到操作系统上。当然了,用胳膊肘都能猜出来,微软的咚咚只能安装在Windows上喽。不 过微软对虚机系统的支持倒是显得比较现实,声称在未来会支持Linux虚拟机。

让对手最害怕的是,微软号称在Windows 2008里面要开始捆绑他的虚拟产品。这可吓坏了VMware,尽管MS VSR现在做得很土,基本不具备任何实用性可言,VMware还是忙不迭的把自己的VMware Server变成免费产品,以免被微软打个措手不及。

由此也可以看出微软这三号天王也非浪得虚名,虽然东西做得不咋地,但至少可以隔山打牛。最终受益的还是咱们用户,可以免费使用功能性能都不错的VMware Server。
啥?你说你原本也可以免费使用?拜托~用盗版就不要这么大声嘛!

这四号天王,就是前面被打岔时说过的Virtuozzo和OpenVZ。这两串勾勾文都是产品的名字,背后的公司名字叫SWsoft。如前面已经说过的那 样,Virtuozzo OS Virtualization和Virtuozzo Server Virtualization是SWsoft公司的商业版产品,OpenVZ是采用SWsoft源码的开源项目。

与前三个天王的产品相比,SWsoft的产品运行在更高的层次上。用业内行话说,Virtuozzo和OpenVZ属于Application Container——应用程序的容器。好像有点难懂,咱们用点通俗的话说,不过你放心,这里没有比基尼什么事。

VMware、XEN、MS VSR这些咚咚所虚拟出来的,都是一个个“硬”的主机,你得在这些虚机上再装操作系统。而Virtuozzo和OpenVZ所虚出来的,是一个个已经装好系统的主机。
也就是说,VMware、XEN、MS VSR所虚拟的是硬件资源,而Virtuozzo和OpenVZ所虚拟的是操作系统环境。

所以Virtuozzo和OpenVZ里面没有VM(Virtual Machine)这个概念,取而代之的是VE(Virtual Environment)或称VPS(Virtual Private Server)。而进到VE/VPS里面,看到的就是一个现成的操作系统环境。
等着听比基尼故事的人失望了~

具体来说。比方说Windows下安装某个程序,要改注册表是吧?还有创建目录和文件是吧?Virtuozzo能把这些动作统统截获,并且偷偷在其它地方 执行,而不真正修改原来的系统环境。这样程序自以为万事OK,很Happy的运行,殊不知却是被Virtuozzo给骗了。

Virtuozzo这个有所不同的机制,对资源管理更为灵活,某个虚拟环境只有活动的时候,才会被分配资源。因此在相同的硬件资源下,Virtuozzo 可以配置出更多的虚拟环境。一般VMware和XEN只能在一台服务器上跑几十个虚拟机,而Virtuozzo号称可以一台机器支持5000个虚拟环境!

当然Virtuozzo也有很明显的不方便之处,就是Linux上只能虚拟Linux,Windows上只能虚拟Windows。而且像VMware或Xen那样在服务器之间挪动虚拟机,也是异常困难的。
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说完了虚拟界的四大天王,再来说说四小天鹅。

第一天鹅是Sun公司。
好像把这么大的公司算做小天鹅有点那个,不过在虚拟界Sun的影响确实不如前面那几位大嘛。没办法,暂时委屈一下喽。
Sun以前就有个很类似Virtuozzo的软件,叫Solaris Container。从名字就能看出来,这咚咚也是个应用容器。最近Sun在虚拟技术方面的热情很高,新推出了一个叫做Logical Domain的咚咚,简写的模样很怪异——LDoms。

第二天鹅是Parallels公司。
这家公司跟前面提到的SWsoft其实是姊妹公司,幕后投资人就是SWsoft的大老板。所以你在SWsoft的主页上还能找到Parallels的链接呢。
Parallels主攻的方向是桌面虚拟,在Windows、Linux和Mac OS上都有产品。以Parallels掌握的技术,完全可以实现,在Windows上运行Mac OS程序,在Mac OS上运行Windows程序。但是目前的产品只支持后者,因为苹果公司的授权条约限制了前者的合法性。
苹果真是够“独”,居然禁止别的平台运行自己的程序!

第三天鹅是InnoTek公司。
这家公司非常识时务,发现自己无论如何也打不过VMware等对手,就干脆把自己的VirtualBox做成开源项目。现在大家可以在网上任意下载VirtualBox来玩。
这一招还真管用,刚开源没多久的时间,VirtualBox的用户,当然主要是玩家型的用户啦,就迅速增加。看来还是免费的午餐更好吃啊!

第四天鹅是Thinstall公司。
这家公司其实不属于传统虚拟主机这个圈子,从名字就能猜出来,它更多的是和一些所谓“瘦终端”厂商勾搭。但是它的产品却从名字到功能,都不折不扣的属于虚拟范畴。
它的产品叫Thinstall Virtual Suite,运行起来的效果跟Virtuozzo差不多,也是蒙骗应用程序,不让应用改动系统环境。


虚拟技术世界里,除了这四大天王和四小天鹅,还有很多配套工作。比如前面提到的Intel和AMD的新技术,就是配合这些虚拟软件滴。

Intel的虚拟技术叫Intel-VT,其中VT是Vanderpool Technology的缩写。嘿嘿,不好意思,我刚开始看到的时候还以为是Virtual Technology的缩写呢。这个技术的效果就是把一个CPU分成若干分区,然后把指令的执行范围限定在分区内。简单点说,就是在硬件上,把一个CPU 虚拟成几个CPU。

按照Intel的设想,将来都不需要什么虚拟软件了,它自己的CPU直接就能同时运行多个操作系统。不过现阶段这只是个梦,Intel-VT技术还是要搭 配VMware或者XEN才能起作用。当然啦,VMware和XEN都是很给面子的,Intel-VT刚刚发布没几天,这两个天王就都纷纷支持了。至于 Virtuozzo这样的“应用容器”,由于主要是跟操作系统和应用打交道,暂时还不用搭理CPU里面的这些技术。

AMD的虚拟技术正式名称叫AMD-V,但也有很多人喜欢称呼原来那个内部用名,Pacifica。跟Intel-VT一样,AMD-V技术的原理也是在CPU上划分区,同时隔离指令。
对用户来说,让人有点不爽的是Intel-VT和AMD-V互相是不兼容的。目前VMware和XEN都是要专门针对两个技术分别做工作。
啥?你说没关系?那下次跟你谈薪水的时候,咱们说美元,发钱的时候数字不变,票子变成日元试试看。

Intel和AMD这边虚拟得热火朝天,IBM和Sun也怕落后,在新的PowerPC和SPARC处理器里,也弄了一堆虚拟技术。不过相比x86上的虚拟成分要“软”很多,我的意思是说要更多的依靠软件,不要想歪哦!

其实,虚拟技术,说到底就是一个字——骗。
Virtuozzo对应用程序说:“来吧,来搞我吧,我就是操作系统。”
VMware和XEN对操作系统说:“来吧,来弄我吧,我就是主机硬件。”
Intel-VT和AMD-V对操作系统说:“来吧,来x我吧,我…我…我…还是x86 CPU。不过我是好几个CPU哦,你想x哪一个?”

这些技术虽然在骗,但是骗得都不够狠。虚拟技术里,有一类狠角色,真是说瞎话不眨眼。
N久以前有个名叫Bochs的骗子,他就可以在任何CPU上运行,来模拟IA-32环境。可惜这个骗子的寿命不长,M久以前就翘辫子了。

跟Bochs几乎同时代的还有个PearPC开源项目,他可以在任何CPU上模拟PowerPC。也就是说,你可以在家里的PC上安装Linux,然后编译PearPC代码,然后运行PearPC,然后在模拟出的环境中安装AIX或者老版本的Mac OS!酷吧?!

可惜PearPC也寿禄不长,2005年底弄出模拟G4的0.4.0版之后,就再没动静了。后来另外一个叫做CherryOS的开源项目接过PearPC 衣钵,又折腾了一年多时间,到处对人说他可以在PC上安装Mac OS,结果却一再推迟发布日期。后来人民群众不爱搭理他了,他也就如烟般散去了。

这些项目虽然最终不了了之,但是他们为后来的大骗子遗留下很多宝贵的骗术遗产。今天业界知名的大骗子——QEMU就还一直沿用着Bochs遗留下来的BIOS模拟技术。
当然QEMU比他的前辈们出息多了,他已经发展成一个家族。用句文言文说,QEMU家族可谓NB得不得了。

他们可以平台无关的模拟x86、ARM、PowerPC、SPARC环境,而且速度非常快。据说效率可达80%,当然,俺也不知道这个80%是意味着什么,反正肯定不是送过去100个指令,最后只执行80个。

只要不太傻的人都知道,光有CPU是P也干不了的。还得有总线、I/O之类的外部环境。还好今天的QEMU已经可以完整的模拟一个主机环境,让你可以在Linux上模拟出IBM或Sun的小机工作站,甚至能模拟一个阵列控制器。

当然了,NB的事情总是高难度的。使用QEMU可不像使用VMware或者XEN那么容易,对各种真实硬件的支持也很不到位。可以原谅嘛,人家才是0.9版,而且还是个免费的开源,都是靠雷锋们为QEMU添砖加瓦。也不容易啊!

如果你只对商业软件感兴趣,可以关注一下Transitive这家公司。他们的产品叫QuickTransit,可以让Unix的程序在x86 Linux上运行。而且据说效率也很高。
现在QuickTransit可以支持的跨平台方式有:
SPARC Solaris到x86/x86_64 Linux;
SPARC Solaris到x86 Solaris;
PowerPC或MIPS到x86 Linux


前面说操作系统虚拟的时候,忘了提一个挺酷的咚咚,在这打个补丁。
ReactOS是一个开源项目,目标是模拟一个Windows环境,让你的Windows程序可以直接运行在这个不花钱的操作系统上。

说Virtuozzo的时候没想起来ReactOS,是因为这两个软件虽然都是模拟操作系统环境,但是模式还是明显的不同。Virtuozzo是安装在操 作系统上的软件,省不下买Windows的钱,而ReactOS本身就是一个完整的操作系统。不过ReactOS不能像Virtuozzo那样以一当十, 只能起到女扮男装冒名顶替的作用。
对!有点像花木兰,不过Windows可不是ReactOS他爹,一点亲戚关系都没有。

有了ReactOS,你就可以理直气壮的运行那些原本只能在Windows上安装运行的程序,比如Office 2003,而不必担心查盗版的警察叔叔来敲门了。当然,要想不被警察叔叔带走,还有两个前提:
一是Office 2003本身不是盗版;
二是警察叔叔听说过ReactOS这个咚咚。

看来这两条都有点难,而且ReactOS目前还没做到那么好,暂时还不能支持Office 2003(昏倒!),只能运行Mozilla FireFox和部分Open Office组件。况且ReactOS目前支持的硬件也很有限,如果不想看到它启动中出现蓝屏,最好的办法就是用VMware或QEMU的虚机启动。
可以原谅嘛~雷锋们做的开源,而且还仅仅是0.3.1版本而已,已经很不错啦。

哦,对了,还有个补丁……Stop扔ing西红柿!
不怨我这个蹩脚裁缝,实在是虚拟产品和技术太多,而且变化太快。CU上曾经有个2005年的帖子,给出过一些虚拟引擎的链接,今天再看的时候,90%以上的链接都已经实效了。

对于习惯了产品比较的坛友来说,下面这个链接也许能有点用。
链接出处
这里总结了将近50个虚拟引擎,全面虽然谈不上,但还算是收录的比较多了。

前面颠三倒四的说了“操作系统环境虚拟”、“主机资源虚拟”、“CPU模拟器”等等,这些并不是虚拟世界的全部,还有很多……
你说啥?虚拟存储?拜托~大家都是医生,就没必要互相开药方了吧。
我要说的是一个比较新的提法——“服务虚拟”。
当然这个名词跟其它很多新名词一样,只是个新瓶子,里面装的是新旧混杂的鸡尾酒。

所谓“应用流”(Application Streaming)、“应用虚拟”(Application Virtualization)、“桌面虚拟”(Desktop Virtualization)、“Thin Provisioning”(中文不知道咋翻,难不成叫“瘦供应”?多容易听成“瘦肉供应”啊!)还有“服务共享”(Shared Services)、“网络计算”(Network Computing)甚至“瘦客户机”(Thin Client)等等这些新老技术,统统都属于“服务虚拟”的范畴。

别诧异,诸如远程桌面一类的老技术跟“虚拟”这个时髦的概念扯上关系又不是什么新闻。还记得VNC是哪三个单词的缩写吗?对了!Virtual Network Computing,虚拟网络计算。瞧,这不就是虚拟家族的吗!
你肯定还是不服气:“如果仅仅是跨着网络登陆一下别人的机器也算虚拟,那我存到NAS上的,是不是要算虚拟文件啊?!”

听我慢慢说啦~
其实主机虚拟也好,服务虚拟也罢,都是通过引入第三者,来打破传统的一夫一妻制,从而建立起更为灵活和先进的走婚制度。(如果不知道走婚为何物,找个云南人问问就晓得了。另外,严禁向我老婆透露这篇文章!)
主机虚拟技术,拆散的是主机和操作系统之间的婚姻。而服务虚拟技术,泛泛的来讲,分离的对象是应用程序和其所提供的服务。

看下面这个图。(光看服务虚拟那层就可以了,至于Broker的概念,后面会解释)
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也许我还没说明白,就举一个最直接的例子。
办公室里十个人,每人一台笔记本。如果大家都想使用MS Office,最正常的做法就是每个人在自己的笔记本上安装一遍Office。
而如果有了服务虚拟引擎,则可以只在一台电脑上安装一遍Office,其它人只需要安装一个小小的客户端软件,就OK了。而且,大家可以同时运行Word或Excel,却是编辑各自不同的文档。

听起来是个不错的咚咚嘛~这下可以明目张胆的一份软件大家用,也不用担心警察叔叔来找了。不过除了这个没出息的想法,服务虚拟还能有啥用哩?
用那些美国大忽悠的话说,服务虚拟可以实现“应用集中”(Application Consolidation)。

看来美国人,至少美国IT人士,真是很喜欢Consolidation这个词。自打SAN那会儿,就有Storage Consolidation之说,后来的主机虚拟技术又带来了Server Consolidation的概念。其实服务虚拟技术里面除了这个Application Consolidation之外,后面还会介绍到一个Desktop Consolidation的咚咚。
反正这集中来集中去的,最后全世界的IT预算就都集中到美国人手里了。

话扯远了。对应现实的状况,如果你负责维护某个单位里的100台机器,而计算机用户又基本都是无组织无纪律的电脑白痴,想象一下你的境遇会有多痛苦。
如果有服务虚拟引擎,你就可以把应用程序集中的安装在一台服务器上,而只把服务交给那些用户,维护工作显然会容易很多。实际上,在很多组织纪律性要求比较高的系统中,诸如ERP系统、财务系统等,服务虚拟引擎的应用是非常广泛的。

要想实现一个程序大家用,光有网络连着肯定是不够的,还要有专门的网络计算协议。就如同光有SAN并不能实现文件共享一样。
目前网络计算协议总共有4个:RDP、ICA、VNC和NX。

RDP用得最广泛,因为这是Windows内嵌支持的。微软对RDP一直都挺重视,不停的在升级。Windows 2000里面是RDP 4.0版本,到了Windows XP/2003里便升级成RDP 5.0(新版Windows 2003里是RDP 5.2),在最近的Vista里面RDP已经是RDP 6.0了。
不过,毕竟RDP最初的设计目标太低,仅仅是为了实现远程桌面,所以至今为止,对远程应用的支持还不太灵光。

ICA是Citrix公司的专利技术,性能比RDP好N多倍,而且支持的功能模式也多很多。所以在大型的系统中,尤其是高端的应用中,ICA的优势还是挺明显。事实上Citrix基本就是靠着这个ICA发展起来的,他的所有产品都围绕着这个技术。
今天Citrix公司俨然是远程应用和桌面这个市场的老大,公司市值大概6B左右,超过了我们熟悉的McAfee、BEA、Red Hat这些公司。

VNC是来自剑桥的一个开源项目(又是剑桥!)。因为是免费的,所以用户增长飞快。现在到处都可以下载到RealVNC、UltraVNC、TightVNC……
很多Linux也把VNC作为缺省安装服务,甚至连VMware的Server、Workstation和ESX里面都内建了VNC服务。
可惜VNC的性能效率不高,跟RDP的性能基本一样。所以在高端应用中,还暂时没有得到认可。

NX是NoMachine公司的技术。跟前三个协议相比,NX的用户量不算多,不过在瘦客户端那个领域里面,NX还是有点名气的。
其实NX的性能要比RDP和VNC好很多,没有普及开来的原因我推测有两条:
一是只支持Linux和Solaris,没支持Windows;
二是收费。
NoMachine大概也这么想,于是偷偷的做了一个开源项目,叫FreeNX,希望籍此能扩大些影响。
不过我感觉NoMachine做开源的心意不够诚恳,那个FreeNX只是个玩具级别的咚咚,基本没法用在实际环境中。