15、树莓派操作系统的虚拟化方法与容器实践

树莓派操作系统的虚拟化方法与容器实践

1. 虚拟化概述

1.1 虚拟化的基本概念

虚拟化是计算机领域的重要概念，“虚拟”意味着“仿佛”。Linux 内核为维持系统稳定运行，具备虚拟化、并发和持久化三大功能。在一定抽象层面上，系统服务管理器（systemd）会对内核及其全局资源进行虚拟化处理。此外，命名空间、LXD 和 Docker 也采用了不同形式的“虚拟化”技术。

从历史角度看，为实现内核的虚拟化和并发功能，多程序设计范式应运而生。多程序设计允许多个程序和用户同时共享计算机的硬件和软件资源，这就催生了程序间的自主性和资源共享需求，同时也与计算机的“虚拟内存”概念紧密相关。而内存的虚拟化又直接关联到整个操作系统的虚拟化。

计算机硬件虚拟化是对硬件平台、部分组件或运行一个或多个操作系统所需功能的模拟，它能将硬件的物理特性对用户隐藏起来。传统上，控制虚拟化机器的软件被称为“管理程序”，如今更多地被称作“虚拟机监视器”（VMM）。

平台虚拟化借助主机软件（管理程序）在特定硬件上创建模拟计算机环境（虚拟机），供客户软件运行。客户软件可以是单个用户应用程序，也可以是完整的操作系统，并且能像直接运行在物理硬件上一样执行。

1.2 虚拟化的优缺点

虚拟化虽然会带来一些性能上的劣势，比如运行管理程序需要额外的资源，虚拟机客户机的性能也会比在非虚拟化的物理主机上运行应用程序时有所降低。但它也具有诸多优势，例如虚拟机更易于从外部进行控制和检查，配置更加灵活，这在内核开发和操作系统课程教学中非常有用。此外，无需预先购买硬件就能根据需要创建新的虚拟机，还能方便地在不同物理机器之间迁移虚拟机，而且虚拟机客户机内的不可恢