001-虚拟化概览

虚拟化分类

寄居虚拟化架构

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。类似vmware workstation

裸金属虚拟化架构

裸金属虚拟化架构指直接在硬件上面安装虚拟化软件，再在其上安装操作系统和应用，依赖虚拟层内核和服务器控制台进行管理。

操作系统虚拟化

容器

比较

比较	寄居虚拟化	裸金属	系统虚拟
优点	简单、易于实现、开发难度点	虚拟化不依赖宿主机操作系统支持多种操作系统性能极强	简单、易于实现管理开销低
缺点	管理开销大、性能损耗大	虚拟层内核开发难度大	多容器共享同一操作系统
厂家	Vmware workstation、Oracle virtual box	Microsoft hyper-v、Citrix xen、Vmware vsphere ESXI	docker

计算资源的虚拟化，可以归结为三个方面

1. CPU虚拟化
2. 内存虚拟化
3. IO虚拟化
   其中I/O虚拟化，又可以引申出两个重要的分支 存储虚拟化，网络虚拟化
   存储虚拟化 -> 1、裸设备.逻辑卷 2、存储设备虚拟化 3、文件系统+主机存储虚拟
   网络虚拟化 -> 1、虚拟网卡，端口 2、虚拟交换机

虚拟化技术分类 对象分类

分类	目的
CPU虚拟化	目标是使虚拟机上的指令能被正常执行，且效率接近物理机
内存虚拟化	目标是能做好虚机内存空间之间的隔离，使每个虚机都认为自己拥有了整个内存地址，且效率也能接近物理机
IO虚拟化	目标是不仅让虚机访问到他们所需要的IO资源，而且要做好它们之间的隔离，更重要的是减轻由于虚拟化所带来的开销

虚拟化技术分类 技术过程分类

分类	目的
全虚拟化	使用VMM实现CPU、内存、设备IO的虚拟化，而guest OS和计算机系统硬件都不需要进行修改。该方式兼容性好，但会给处理器带来额外的开销
半虚拟化	使用VMM实现CPU和内存虚拟化，设备IO虚拟化由guest OS实现。需要修改guest OS,使其能够与VMM协同工作。该方式兼容性差，但性能较好。
硬件辅助虚拟化	借助硬件（主要是处理器）的支持来实现高效的全虚拟化

开源虚拟化架构基础

kvm框架

KVM虚拟化的核心主要由以下两个模块组成：

1. KVM内核模块，它属于标准Linux内核的一部分.是一个专门提供虚拟化功能的模块，主要负责CPU和内存的虚拟化，包括：客户机的创建、虚拟内存的分配、CPU执行模式的切换、vCPU寄存器的访问、vCPU的执行。
2. QEMU用户态工具，它是一个普通的Linux进程，为客户机提供设备模拟的功能. 包括模拟BIOS, PCI/PCIE总线、磁盘、网卡、显卡、声卡、键盘、鼠标等。同时它通过 ioctl系统调用与内核态的KVM模块进行交互。

kVM 工作原理

用户模式的qemu利用libkvm通过ioctl进入内核模式，kvm模块未虚拟机创建虚拟内存，虚拟CPU后执行VMLAUCH指令进入客户模式。加载Guest OS并执行。如果Guest OS 发生外部中断或者影子页表缺页之类的情况，会暂停Guest OS的执行，退出客户模式出行异常处理，之后重新进入客户模式，执行客户代码。如果发生I/O事件或者信号队列中有信号到达，就会进入用户模式处理。

QEMU

QEMU原本就是一个著名的开源虚拟机软件项目，而不是KVM虚拟化软件的一部分。 与KVM不同，QEMU最初实现的虚拟机是一个纯软件的实现，通过二进制翻译来实现虚 拟化客户机中的CPU指令模拟，所以性能比较低 但是，其优点是跨平台，QEMU支持在 Linux、Windows、FreeBSD , Solaris, MacOS等多种操作系统上运行，能支持在QEMU本 身编译运行的平台上就实现虚拟机的功能，甚至可以支持客户机与宿主机并不是同一个架构 （比如在x86平台上运行ARM客户机）。作为一个存在已久的虚拟机监控器软件，QEMU的 代码中有完整的虚拟机实现，包括处理器虚拟化、内存虚拟化.以及KVM也会用到的虚拟 设备模拟（比如网卡、显卡、存储控制器和硬盘等）。

libvirt中的三个重要概念

节点：是一个物理机器，上面可能运行着多个虚拟化客户机。Hypervisor和domain都运行在节点上。
Hypervisor：虚拟机监控器（VMM），如kvm，xen,vmware等，它可以虚拟化一个节点让其运行多个客户机。
域（domain）:是在hypervisor上运行的一个客户机操作系统实例。

Virsh工具

一些控制方法