23.虚拟化技术-优快云博客

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虚拟化是什么

virtualization

将任何一种资源（CPU,内存）抽象成另一种形式的技术都叫虚拟化，是资源的一种逻辑表示关系，解除了物理硬件与操作系统之间的紧耦合关系。

虚拟化前：IT资源独立，每台服务器只能装对应的操作系统，无法扩展其他的资源，也就是操作系统必须与硬件紧耦合；

举例：上世纪工人包分配，不能跳槽；

虚拟化后：通过虚拟化技术将底层资源资源池化，成为共享资源，于是上层操作系统与硬件解耦，操作系统从资源池中抽取资源，最大化的利用资源；

资源池化：将物理资源通过虚拟化技术抽象成逻辑资源；举例：自来水厂

举例：BOSS直聘，中介

虚拟化的基本概念

Hypervisor(VMM)：管理虚拟机的生命周期；有KVM,CNA.ISO

Guest Machine(VM)：VRM.ISO

Guest OS:windows,linux;

Hypervisor的分类

一型虚拟化/裸金属虚拟化：hypervisor与操作系统在同一层

二型虚拟化/宿主型虚拟化：hypervisor与操作系统不在同一层

注：VMM与VM属于hypervisor

RING指令

ring指令是CPU指令的一种分类方式，主要用于区分指令的执行权限和分配方式

不管是VMM或者是VM调度底层资源时都需要相应的RING权限

有四种分类：

问：VMware workstation运行在哪一层？

答：ring3

问：为什么VMware workstation创建虚拟机时可以调度CPU资源？？

答：全虚拟化

在虚拟化的环境中，需要为每个guest OS提供隔离的，单独的CPU环境，通常有三种解决方案：全虚拟化，半虚拟化，硬件辅助虚拟化。

全虚拟化

全虚拟化就是全部由软件模拟的，当在VMM上创建虚拟化时，虚拟机能够正常申请CPU资源，因为VMM在申请资源的时候通过二进制翻译（BT）向ring0申请，这时候就能创建成功。

特点：guest OS并不知道自己运行在模拟的环境中，

缺点：需要VMM做中间传话，有个中间商赚差价

VMware workstation，QUME等

半虚拟化

XEN是裸金属虚拟化，属于半虚拟化。

通过软件模拟的虚拟化，将hypervisor层运行在ring0，guest OS运行在ring 1，而应用程序依旧运行在ring3；

特点：要修改系统，guest OS知道自己运行在模拟的环境中，非敏感指令可用穿透操作系统直接调度底层资源。

问：我的电脑支持半虚拟化？？

答:不支持；无法修改win10的源码

硬件辅助虚拟化

CPU支持虚拟化；如hyper-V是微软的虚拟化产品

虚拟化的发展史

REHL 5.0加入XEN XEN不愿意把源码加入到Linux

RHEL 5.4收购了KVM 5.4-5.9 XEN KVM 并行

REHL 6.0抛弃了XEN，只保留了KVM

KVM

KVM简介

KVM的全称是Kernel-based Virtual Machine，字面意思是基于内核的虚拟机。其最初是由Qumranet公司开发的一个开源项目。2008年，Qumranet被RedHat所收购，但KVM本身仍是一个开源项目，由RedHat、IBM等厂商支持。

KVM之所以叫做基于内核的虚拟机，是因为KVM本身是一个Linux内核模块，当安装有Linux系统的物理机安装了这个模块后，就变成了Hypervisor，而且还不会影响原先在该Linux上运行的其它应用程序。

与Xen类似，KVM支持广泛的CPU架构，除了x86/x86_64 CPU架构之外，还将会支持大型机（S/390）、小型机（PowerPC、IA64）及ARM等。

KVM充分利用了CPU的硬件辅助虚拟化能力，并重用了Linux内核的诸多功能，使得KVM本身是非常瘦小的，KVM的创始者Avi Kivity声称KVM模块仅有约10000行代码，但我们不能认为KVM的Hypervisor就是这个代码量，因为从严格意义来说，KVM本身并不是Hypervisor，它仅是Linux内核中的一个可装载模块，其功能是将Linux内核转换成一个Hypervisor。

通过KVM模块的加载将Linux内核转变成Hypervisor，Linux本身运行于内核模式，主机进程运行于用户模式，虚拟机则运行于客户模式，使得转变后的Linux内核可以将主机进程和虚拟机进行统一的管理和调度，这也是KVM名称的由来。

KVM历史：

▫2006年10月，以色列公司Qumranet发布KVM；

▫2006年12月，KVM合入内核（Linux 2.6.20rc）；

▫2007年2月，Linux 2.6.20正式版发布；

▫2008年9月，Redhat以1.07亿美元收购Qumranet；

▫2009年9月，RHEL 5.4开始支持KVM（同时支持Xen）；

▫2010年11月，RHEL 6.0之后仅支持KVM。

KVM与QEMU

•KVM用来模拟CPU的运行，但缺少了对Network和I/O的支持。QEMU-KVM是一个完整的模拟器，它基于KVM上，提供了完整的I/O模拟支持。其中OpenStack为了跨VM性，所以不会直接控制QEMU-KVM，而是通过Libvirt的库去间接控制QEMU-KVM，后续我们会对Libvirt进行介绍。

•KVM离不开QEMU。KVM实现初期，为了简化开发和代码重用，在QEMU基础上进行了修改，主要是将比较消耗CPU性能的CPU虚拟化和内存虚拟化部分移交到了内核中实现，保留IO虚拟化模块在用户空间实现。避免了用户态和内核态的频繁切换，优化使用性能。

•QEMU离不开KVM。之前我们提到，QEMU是一个纯软件的实现，运行在用户空间，性能非常低下，所以从QEMU的角度可以说是QEMU使用了KVM的虚拟化功能，为自身虚拟机提供资源与加速。