虚拟化的基础知识

例如：PC上使用的VMware Workstation，在硬件基础之上安装一个主操作系统也就是宿主操作系统，然后在操作系统上安装一个软件VMware Workstation来进行虚拟化，然后在软件上开启若干个虚拟机。由于虚拟机只能看到虚拟化层提供的“虚拟硬件”，而“虚拟硬件”不需要考虑物理服务器的情况，所以虚拟机就可以在任何的不同厂商服务器上运行（迁移需要保证使用的VMM虚拟化监视器是相同的）--

静下心来敲木鱼

3192人浏览 · 2023-10-31 23:02:10

静下心来敲木鱼 · 2023-10-31 23:02:10 发布

虚拟化基础

虚拟化的概念

什么是虚拟化

虚拟化的本质是一种资源管理技术，将计算机的各种物理资源（如服务器、网络、内存存储等）抽象化后呈现出来，这些资源不受现有资源的架构方式、地域或物理设备所限制；然后将这些资源组合为一个或多个计算机的配置环境，打破了物理设备结构间不可切割的障碍

即：没有虚拟化前软硬件绑定，虚拟化后软硬件解耦（将软件和硬件模块分离，降低之间的依懒性）

虚拟化技术的实现就是在系统中加入一个虚拟化层，通过该层将下层的资源抽象为另一种形式的资源，提供给上层应用（可以实现多台虚拟机共用一台物理服务器资源，资源利用率提高）

云计算与虚拟化之间的关系

虚拟化是实现云计算的技术支撑手段之一，但并非云计算的核心关注点

虚拟化技术是云计算在Iass层具有商用价值的基础

虚拟化的优势

节省成本、更加有效的资源调配、提高了生产率、简化运维与管理、具有更高的灵活性与扩展性、应用程序的开发更容易与安全、业务故障恢复更容易

虚拟化的特征（本质）

分区

虚拟化层为多个虚拟机划分服务器资源，每个虚拟机可以同时运行一个单独的操作系统

对于虚拟机上的操作系统来说，都认为自己是运行在真实的物理机上的，因为它们能够检测到虚拟化层为其提供的”虚拟硬件”

隔离

一台虚拟机故障、中病毒都不会影响另一台虚拟机

封装（迁移所依赖的）

虚拟机的执行环境封装在独立文件中（例如虚拟机的内存、硬盘等都是以文件形式封装）

这样只需要对这些文件进行移动就可以移动虚拟机

相对于硬件独立（与硬件解耦）

由于虚拟机只能看到虚拟化层提供的“虚拟硬件”，而“虚拟硬件”不需要考虑物理服务器的情况，所以虚拟机就可以在任何的不同厂商服务器上运行（迁移需要保证使用的VMM虚拟化监视器是相同的）--不同架构服务器、不同操作系统下安装的VMM软件都是不同的，具体需要去相应的VMM软件官网查看（在下一节点讲解VMM）

虚拟机的两大派别

小聚大（计算能力融合）

将若干台服务器上的资源全部拿出来丢到一个资源池中，然后在该资源池上安装1个操作系统使用全部的资源；提升了服务器的整体性能

典型代表为Google

大聚小

将1个服务器分成若干个小的虚拟机；提高了资源利用率

典型代表为Amazon EC2

VMM讲解

虚拟化中的一些重要概念

Host Machine：物理机资源

Guest Machine：虚拟机资源

Host OS：物理机上运行的系统

Guest OS：虚拟机上运行的系统

Hypervisor： Hypervisor又称为虚拟机监控器（Vritual machine monitor缩写VMM）是一种运行在基础物理服务器和操作系统之间的中间软件层，能够允许多个操作系统和应用来共享同一硬件资源（即在虚拟化环境中管理各虚拟机的CPU、内存、I/O设备、指令集等）；该软件层也被称为虚拟化层，是所有虚拟化技术的核心

VMM的功能以及分类

VMM的功能

虚拟资源

VMM通过底层硬件资源构建一个包含虚拟CPU、内存、硬盘、I/O等的虚拟环境

在该环境中的Guest OS认为自己运行在一台真的计算机上，并唯一拥有这台‘虚拟’机器上的所有资源

虚拟环境调度

VMM可以同时构建多个虚拟机，运行多个Guest OS并发执行，并通过策略来有效的调度资源

虚拟化环境的管理接口

VMM提供一组完备的管理接口来支持虚拟环境的创建、删除、暂停和迁移等功能

上层的管理通过调用VMM提供的管理接口，为用户提供管理界面

VMM的两种实现方式（主要区别就在于是否需要在硬件上安装操作系统）-应用在不同的场景

Hypervisor VM——Ⅰ型虚拟化——裸机型虚拟化——无需操作系统

VMM直接运行在物理硬件上，VMM就作为主操作系统，主要用于服务器类的应用

硬件驱动由Hypervisor来解决，因此Hypervisor中需要有很小的操作系统内核；这个操作系统内核里面包含了底层硬件的驱动，但是由于非常小的操作系统内核的大小有限，能够携带的驱动程序也是有限的；因此该方式对于底层硬件是有要求的（所需要的CPU、内存、网卡等必须是在hypervisor所携带的驱动的范围内的，不在此范围可能会出现bug等异常情况）

特点：运行效率高，聚焦虚拟I/0性能优化，兼容性弱

例如：VMware ESX服务器版本、Xen 3.0及之后版本、Hyper-V都是该类型的VMM

不同的VMM软件类型及版本是运行在不同的架构服务器上（x86、RAM等架构）

Hosted VM ———Ⅱ型虚拟化——主机型虚拟化——需要操作系统

VMM运行在物理机的操作系统上，上层功能相对更加丰富，常用于桌面应用

特点：运行效率低于Ⅰ型，不过VMM作为应用程序运行在主操作系统环境内，更加灵活

例如：VMware workstation、Xen 3.0以前版本、Oracle VMVirtualBox都是该类型的VMM

对于KVM属于1还是2型的VMM，目前存在争议，可作为混合型，暂且归为2型

以上Ⅱ型VMM既可以运行在Linux系统，也可以运行在Windows系统中

虚拟化的架构

一个虚拟化架构可以使用不同的虚拟化技术;例如KVM可以实现CPU全虚拟化，也可以实现IO的半虚拟化（即虚拟化架构与虚拟化技术没有绝对的关系）

即VMM的两种实现方式可以细分为以下四种实现方式；

Ⅱ型VMM可以细分为：寄居、混合、操作系统虚拟化，因为这三者都需要宿主机（即需要先安装一个操作系统）

Ⅰ型VMM分为：裸金属架构（不需要安装宿主操作系统）

寄居虚拟化

寄居虚拟化架构指在宿主操作系统之上安装和运行虚拟化程序，依赖于宿主操作系统对设备的支持和物理资源的管理；该虚拟化架构也称为Ⅱ型VMM

虚拟化层VMM可以看做一个软件，必须安装在操作系统之上才可以正常运行，兼容性高，易于实现；不过管理开销大，对性能的损耗大

例如：PC上使用的VMware Workstation，在硬件基础之上安装一个主操作系统也就是宿主操作系统，然后在操作系统上安装一个软件VMware Workstation来进行虚拟化，然后在软件上开启若干个虚拟机

厂商VMware Workstation、Hyper-V部分版本

裸金属虚拟化

裸金属虚拟化架构就是原生架构，直接将虚拟化VMM安装在硬盘上，接管服务器的所有资源；该虚拟化架构也称为Ⅰ型VMM

虚拟化层就作为主操作系统，仅仅负责和上层的虚拟机操作系统沟通以及资源协调，不用处理太复杂的事项，使得虚拟机性能和物理主机性能差不多；不过硬件的兼容性较差，虚拟层内核开发难度大

即：在物理服务器上直接安装虚拟化管理软件，然后在其上运行若干个虚拟机

厂商VMware EXS、Citrix Xen、FusionSphere、Hyper-V部分版本

操作系统虚拟化

划分一个宿主机操作系统的一部分，在该部分里面产生一个执行环境，然后在执行环境里面运行多个虚拟机（在操作系统上虚拟出一个个操作系统）；大类上来说也属于Ⅱ型VMM

操作系统虚拟化架构就是把单个的操作系统划分为多个容器，使用容器管理器来进行管理

管理开销低；但是隔离性差，多容器共享同一操作系统

厂商Virtuozzo