HCIA-虚拟化技术介绍

虚拟化

背景

• 传统架构下，App:Os:Phy=1:1:1,导致资源利用率低，解决方式部署多各应用程序，引入资源抢占问题，隔离性差

定义

• 硬件资源抽象化，实现同一物理机上独立，并行运行多个不同操作系统和应用程序的多台虚拟机

区别

• 虚拟化

  • 抽象成资源池，上层操作系统与硬件解耦合

• 非虚拟化

  • it资源独立，操作系统和硬件耦合

好处

• 提高硬件利用率
• 降低能耗，绿色节能
• 提到it运维效率，系统管理人员减少
• 操作系统和硬件解耦合

坏处

• 性能下降（多次资源调度会损耗计算资源）

相关概念

• Guest Os虚拟机操作系统
• Guest Machine 虚拟机
• Hypervisor=VMM 虚拟机监控机
• Host Os 物理机操作系统
• Host Machine 物理机

分类

• I型虚拟化（裸金属）

  • 在硬件上直接部署VMM(OS),如XEN,EXSI

    • 性能好

• II型虚拟化（宿主型）

  • 在操作系统上部署VMM，如Kvm.FusionCompute,VMware Workstation,Virtaul Box

    • 灵活性好

特点

• 分区

  • 同一物理机上运行不同的虚拟机

• 隔离

  • 虚拟机在运行中相互隔离互不影响

• 封装

  • 虚拟机以文件的形式进行保存

• 独立

  • 不需要对物理机做任何更改，即可完成虚拟机的迁移

Ring等级

• Ring 0

  • 操作系统内核，权限最高

• Ring 1&2

  • 应用于操作系统服务，权限次之

• Ring 3

  • 应用于普通用户程序，权限最低

CPU虚拟化

• 全虚拟化

  • 虚拟机所有指令由VMM层捕获

    • 加重VMM层负担

• 半虚拟化

  • 修改虚拟机操作系统代码，把临界指令删除

    • 只适用于开源操作系统

• 硬件辅助虚拟化

  • 虚拟机所有指令由CPU去处理，如VT-X,AMD-V

    • 目前广泛应用

内存虚拟化

• 通过VMM实现为虚拟机分配从零开始读的内存页

IO虚拟化

• 通过VMM实现为虚拟机分配虚拟磁盘，并且提高虚拟磁盘的性能（前后端驱动模型）

KVM虚拟化

• QEMU模块

  • 实现IO资源的虚拟化，调用KVM实现的计算资源

• KVM模块

  • 实现计算资源的虚拟化

• Libvirt模块

  • 管理KVM