虚拟化技术详解-优快云博客

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写在开头的话

请记住：实践是掌握知识的最快方法
如果你只是怀着看看的态度去快速浏览文章，而不去认认真真的把文章里面讲的任何一个知识点去实践一遍，那么你永远也掌握不了它
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虚拟化概述

00. 什么是虚拟化

0.1 虚拟化的定义

在计算机技术中，虚拟化意味着创建设备或资源的虚拟版本，如服务器、存储设备、网络或者操作系统
虚拟化技术
- 系统虚拟化
  - 将物理服务器划分为一个个可执行单元，使物理服务器存在多个操作系统
- 存储虚拟化
  - raid
  - lvm逻辑卷管理
  - vtl
  - sds：软件定义存储
- 网络虚拟化
  - 控制平面虚拟化
  - 数字平面虚拟化
  - sdn：软件定义网络
- GPU虚拟化
  - 虚拟机共享GPU显卡
- 软件虚拟化
- 硬件支持虚拟化
  - sr-iov：对网卡设备封装管理共享

0.2 系统虚拟化

这种虚拟化通常表现为在单一系统上允许多个操作系统
这些虚拟化操作系统同时运行，每个操作系统又是相互独立
虚拟化有三种实现方式
- 纯软件仿真
- 虚拟化翻译
- 容器技术

0.3 纯软件仿真

通过模拟完整的硬件环境来虚拟化来宾平台
模拟X86，ARM，PowerPC等多种CPU
效率比较低
产品或方案
- QEMU、Bochs、PearPC

0.4 虚拟化翻译

多数的虚拟化而采用虚拟机管理程序Hypervisor
Hypervisor是一个软件层或子系统
- 也称之为VMM(Virtual Machine Monitor，虚拟机监控器)
允许多种操作系统在相同的物理系统中运行
控制硬件并向来宾操作系统提供访问底层硬件的途径
向来宾操作系统提供虚拟化的硬件

在这里插入图片描述

0.5 X86CPU的保护环

图示

在这里插入图片描述

0.6 无硬件辅助的全虚拟化

FUll Virtualization without Hardware Assist
基于二进制翻译的全虚拟化
FUll Virtualization with Binary Translation
Hypervisor运行在Ring 0
Guest OS运行Ring 1
机制：异常、捕获、翻译
示例：
- VMware Workstation
- QEMU
- Virtual PC

在这里插入图片描述

07. 半虚拟化

也称之为：超虚拟化、操作系统辅助虚拟化
Hypervisor运行Ring 0
Guest OS不能直接运行在Ring 0，需要对Kernel进行修改，将运行在Ring 0上的指令转为调用Hypervisor
Guest OS上的APP运行在Ring 3
示例：Xen

因为涉及到对kernel的修改，所以只能支持linux而不支持Windows

0.8 硬件辅助的全虚拟化

Full Virtualization with Hardware Assist
Intel VT 和 AMD-V创建一个新的Ring -1单独给Hypervisor使用
Guest OS可以直接使用Ring 0而无需修改
示例
- VMware ESXi
- Microsoft Hyper-V
- Xen3.0
- KVM

在这里插入图片描述

0.9 LXC 和 Docker

一个轻量级/操作系统虚拟化方式，由Linux内核支持
起源：chroot系统调用，对当前程序及其子进程改变根目录
优势：
- 更快速的交付和部署
- 更高效的虚拟化
- 更为轻松的迁移和扩展
- 更简单的管理

0.10 Hypervisor 分类

裸金属型
宿主型

0.11 小结

虚拟化实现技术
- 纯软件仿真：QEMU、Bochs、PearPC
- 虚拟化翻译
  - 无硬件辅助的全虚拟化
  - 半虚拟化
  - 硬件辅助的全虚拟化
- 容器技术
  - LXC和Docker
Hypervisor的分类：
- 类型1：裸金属型
- 类型2：宿主型

01. KVM是什么？

1.1 `lsmod`

Linux lsmod（英文全拼：list modules）命令用于显示已载入系统的模块。
执行 lsmod 指令，会列出所有已载入系统的模块。Linux 操作系统的核心具有模块化的特性，应此在编译核心时，务须把全部的功能都放入核心。您可以将这些功能编译成一个个单独的模块，待需要时再分别载入。

1.2 KVM体系结构

KVM
- 初始化CPU硬件，打开虚拟化模式，以支持虚拟机的运行
- 负责CPU、内存、中断、控制器、时钟
QEMU
- 模拟网卡、显卡、存储控制器和硬盘
libvirt
- 它提供统一API、守护进程libvirtd和一个默认命令行管理工具virsh

在这里插入图片描述

libvirt

在这里插入图片描述

OpenStack使用的就是libvirt的API管理虚拟机

1.3 KVM集中管理与控制

www.linux-kvm.org
Ovirt
- 功能强大，是RedHat虚拟化管理平台RHEV的开源版本
- www.ovirt.org
WebVirtMgr
- www.WebVirtMgr.net
- virt-manager的Web模式的替代品
ConVirt
- www.convirture.com
- 分开源版本和商业版本

1.4 Hypervisor/VMM的选择

电信/ISP 公有云
- 单一hypervisor
- KVM
互联网公司
- 单一hypervisor
- KVM
Web托管和SAS细分市场
- 单一或多个hypervisor
- 容器（LXC，Parallels，Docker）
- KVM
企业
- 多种Hypervisor
- kvm和vCenter/ESXi

1.5 国产虚拟化解决方案概述

不要重复造轮子
国产虚拟化解决方案重点在虚拟化的管理与桌面协议
hypervisor/VMM选择
- H3：KVM
- 红山：Xen
- 华为：Xen -> KVM -> Xen
- 浪潮：Xen
- 普华：KVM
- 锐捷：KVM
- 深信服：KVM
- 其他kvm居多

1.6 资源与参考资料

redhat官方文档
- https://access.redhat.com/documentation/en-us/
kvm主页
- https://www.linux-kvm.org/page/Main_Page
- 提供了kvm的详细信息，以及大量信息来源和相关站点的链接
libvirt Virtualization API网站
- http://www.libvirt.org
- 提供了有关API、所支持的虚拟化抽象及其使用的XML格式的详细信息