概述

定义

虚拟化是资源的逻辑表示，它不受物理限制的约束

虚拟化的产生：资源浪费

虚拟化前后对比

虚拟化前

一台主机一个操作系统

多个应用程序争抢资源，存在相互冲突的风险

业务系统与硬件强绑定，不灵活

系统的资源利用率低 5-15%

虚拟化后

一台主机多个操作系统

每个应用具有独立的CPU、内存和I/O资源，相互独立

业务系统独立于硬件，可方便在不同主机间迁移

充分利用系统资源，一般可达60%

虚拟化技术分类

服务器虚拟化

网络虚拟化

网络虚拟化以软件的形式完整再现了物理网络，应用在虚拟网络上的运行与在物理网络上的运行完全相同

桌面虚拟化

软件定义的存储

海量数据和实时应用使存储需求达到新的高度

虚拟化与虚拟机

虚拟化是一个术语

虚拟机是一种特殊的软件

虚拟化与云计算的关系

云计算是并行计算、分布式计算和网格计算的发展，或者说是这些计算机科学概念的商用实现

云计算 是虚拟化效用计算、Iaas、PaaS、SaaS等概念混合演进并跃升的结果

服务器虚拟化

关键特性

分区

隔离

封装

相对硬件独立

广泛兼容

标准接口

核心技术

服务器虚拟化必备的是对三种硬件资源的虚拟化：CPU、内存、设备与IO

为了更好的多态资源整合，当前服务器虚拟化多半都支持虚拟机的实时迁移

实时迁移

实时迁移：将整个虚拟机的运行状态完整、快速地从原来的宿主机硬件平台迁移到新的宿主机硬件平台上，并且整个迁移的过程中是平滑的，用户几乎不会察觉到任何差异

服务器虚拟化的两个 方向

• 一变多

  将一台服务器虚拟化化为更多的虚拟机

  Intel架构服务器

  UNIX服务器

• 多变一

  将多台服务器虚拟化 合成一台虚拟机

  网格计算

  高性能计算

VMM

Virtual Machine Monitor -- 虚拟机监控器

两种架构

• 寄居架构：虚拟化软件层位于主机操作系统之上
• 裸金属架构：虚拟化软件层直接位于计算机硬件资源之上

X86架构

处理效率高，运行级别Ring0最高

通过VMM可实现客户端操作系统对硬件的访问，根据原理不同，分为三类:

• 全虚拟化
• 半虚拟化（准虚拟化）
• 硬件辅助虚拟化

全虚拟化

BT

二进制翻译技术简称BT，是一种直接翻译可执行二进制程序的技术，能够把一种处理器上的二进制程序翻译到另外一种处理器上执行

半虚拟化

半虚拟化的价值在于更低的虚拟化代码，但是相对于全虚拟化，半虚拟化的性能优势根据不同的工作负载有很大的差别，

半虚拟化不支持未经修改的操作系统

硬件辅助虚拟化

为CPU添加一个执行模式，Root根模式

三种虚拟化技术对比

• 只有半虚拟化需要修改Guest OS（客户操作系统）
• 半虚拟化兼容性最差
• 性能方面：全虚拟化最差，半虚拟化相对比较高，硬件辅助虚拟化一般
• CPU虚拟化方面：全虚拟化使用的是二进制代码翻译、半虚拟化使用的超级调用，硬件辅助虚拟化使用的是增加新指令

虚拟化的好处（优点）

• 提高硬件资源的利用率
• 提高劳动生产率
• 节省大量的成本
• 整合硬件设备
• 改进IT管理架构的兼容性

其他优点

• 改善可靠性
• 自动化管理更加轻松

发展前景

• 快速部署
• 兼容遗留软件
• 系统隔离
• 灾难恢复

虚拟化技术

• 在线资源扩展
• 自动负载均衡
• 高可用性工作量和能源消耗管理
• 业务不间断维护

商用虚拟机技术

• Xen -- 半虚拟化
• KVM -- 全虚拟化、部分半虚拟化
• Hyper-V -- 半虚拟化
• VMware ESX和 ESXi -- 全虚拟化
• VmWare Workstation -- 半虚拟化

虚拟机联网方式

• NAT：地址转换
• 桥接
• host-only

轻量级虚拟化技术--容器

本质

容器是宿主机上的一个进程

docker

简介

docker是一个开源项目

docker项目的目的是实现轻量级的操作系统虚拟化解决方案

容器背后的内核知识

docker容器的本质是宿主机上的一个进程，通过namespace实现了资源隔离，通过cgroups实现了资源限制，通过写时复制技术实现了高效的文件操作

cgroups的主要功能包括

• 资源限制
• 优先级控制
• 审计
• 控制

写时复制技术

在docker中，镜像是容器的基础，docker镜像是由文件系统叠加而成

docker容器命令

命令	描述
docker attach 容器ID	进入容器
docker create	创建、不启动容器
docker run -it 镜像	创建容器、启动、进入
docker run	创建容器、启动容器

docker三个基本概念

• 镜像（image）
• 容器（container）
• 仓库（repository）

注意：docker利用容器来运行应用，镜像是只读的

Docker VS VM

	容器技术	虚拟机技术
占用磁盘空间	小，甚至几十KB	非常大，上GB
启动速度	快，几秒钟	慢，几分钟
运行形态	直接运行与宿主机的内核中，不同容器共享同一个Linux内核	运行于Hypervisior上
并发性	一台宿主机可以启动上千个容器	最多几十个虚拟机
性能	接近宿主本地进程	逊于宿主机
资源利用率	高	低

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