标签：虚拟化 hypervisor 虚拟机系统基础知识 Virtualization 我们模拟器

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参考资料

虚拟化概念

虚拟化的术语
虚拟化的优缺点
各种虚拟机监控程序（hypervisor）和虚拟机监视器的变体
物理机到虚拟机的迁移
虚拟机在主机系统间的迁移还会介绍这些术语和工具：hypervisor、硬件虚拟机（HVM）、半虚拟化（PV）、模拟与仿真、CPU标志、/proc/cpuinfo、以及迁移。

引言

说到虚拟化，大家通常想到的是运行一个虚拟的（而非实际的）机器。但虚拟化这个概念，不仅适用于机器，还能用在存储设备、网络等等上。用“虚拟化”这个广义的术语，我们可以通过软件模拟、硬件虚拟化、容器等多种方式来实现“虚拟化”。在书里，我们会学习主要概念，并通过实例来加深理解。

仿真化（emulation）

图1-1. DOSBox

我们可以用软件来模拟另一个系统，从而创建一个“虚拟”机器。比如，用来模拟基于Z80的经典个人电脑，像Spectrum、Amstrad、Commodore等。MAME（多街机模拟器）是个著名的例子，用来模拟经典街机。DOSBox（图1-1）是另一个模拟器例子，常用于玩老式的DOS游戏和其他程序。最后，我们还会提到QEMU（快速模拟器），这将在第2章详细讨论。

所有这些程序都使用软件来模拟原始机器中每个硬件组件的行为。让我们更详细地看看什么是模拟。
我们可以将模拟器定义为一种硬件或软件，它使一个计算机系统表现得像另一个系统。很多时候，模拟器只是模拟硬件架构；如果需要特定的固件或操作系统，也需要提供或模拟。你可能熟悉一些需要用户提供ROM文件才能工作的计算机模拟器。根据用途不同，有几种类型的模拟器。我们将列举其中一些。

游戏机模拟器
这是我们之前提到的第一种模拟器。针对不同平台有许多模拟器，例如Fuse用于Spectrum，Caprice用于Amstrad，Retro Virtual Machine用于Spectrum和Amstrad（图1-2），PPSSPP用于PlayStation Portable，PCSXR用于PlayStation 1等等。

图1-2. Retro Virtual Machine

终端模拟器
在过去，通常有一台大型主机和几个“哑”终端。这些终端只有键盘和显示器，连接到主机，主机负责执行实际的计算。如今，现代计算机使用终端模拟器远程连接到其他系统。你可能熟悉像PuTTY（图1-3）这样的程序，它是一个多平台终端模拟器。

图1-3. PuTTY

打印机模拟器
当应用程序想要打印文档时，应用程序需要使用页面描述语言（PDL）将适当的信息发送到打印机。两种最常用的PDL是Postscript和PCL。打印机命令语言（PCL）由惠普开发。许多不同制造商的打印机使用模拟来支持PCL语言。

网络模拟器
网络模拟器旨在测试应用程序在真实网络中的性能。它们允许测试路由器和交换机的配置。一些最著名的是GNS3（图1-4）和Cisco Packet Tracer。

图1-4. GNS3

系统模拟器
还有一些程序模拟完整系统，如QEMU，我们将在下一章详细讨论，以及PearPC。PearPC在x86主机上模拟PowerPC系统。

模拟化（simulation）

与模拟非常相似的概念是仿真；尽管在某些情况下这两个术语可以互换使用，但它们之间还是有一些区别。在仿真器中，主要目标是使仿真器的行为尽可能接近原始系统。
例如，模拟器可以模仿另一个系统的工作方式，但在较高层次上，不会深入到低层次的细节。另一方面，仿真器应尝试在所有层次上模仿原始系统的工作方式。
还有另一个区别，模拟器的主要目标是提供与原始系统相同的功能，但不一定以与原始系统相同的方式工作。也就是说，模拟器通常可以执行为原始系统设计的任何程序。然而，正如我们之前提到的，仿真器更感兴趣的是模仿原始系统的工作方式，而不是提供功能。因此，为原始系统设计的程序在仿真器中通常表现较差，甚至根本无法工作。

虚拟化（Virtualization）

正如我们之前所说，最初“虚拟”机器仅通过软件实现，但很快英特尔和AMD分别在他们的处理器中加入了称为Intel VT-x和AMD-V的新扩展。这种硬件辅助虚拟化提供了比纯软件解决方案更好的性能。在Linux系统中，我们可以检查/proc/cpuinfo文件以查看处理器的特性：速度、型号、CPU标志等。如果处理器支持硬件辅助虚拟化，相应的标志将会出现。

如果我们有一个英特尔CPU，我们会寻找vmx标志。

grep vmx /proc/cpuinfo

flags           : ... vmx ...

如果我们有一个AMD CPU，我们应该寻找svm标志。

grep svm /proc/cpuinfo

flags           : ... svm ...

我们可以使用lscpu命令获得大致相同的信息。
lscpu

当一个系统的CPU启用了这些标志时，它可以轻松地执行虚拟机。托管虚拟机的软件称为hypervisor（“超级监督者”）。有时，使用术语“虚拟机监视器”而不是hypervisor。在这种情况下，我们可以恰当地谈论“虚拟化”。
hypervisor管理虚拟机，分配它们正常运行所需的资源。有两种不同类型的hypervisor：

类型I hypervisor，也称为“裸机”hypervisor：在这种情况下，hypervisor直接运行在系统硬件上。这种类型的hypervisor的例子有VMware ESXi、Microsoft Hyper-V或Xen。
类型II hypervisor：这些hypervisor作为操作系统上的应用程序运行。一些例子包括VMware Workstation、Oracle VirtualBox（图1-5）或Microsoft Virtual PC。

图1-5. Oracle VirtualBox

虚拟化类型
我们之前已经看到，我们可以广义地谈论“虚拟化”，这包括软件模拟和仿真。但只有当存在硬件虚拟化时，我们才能恰当地谈论“虚拟化”。
从这个起点出发，我们可以根据使用的标准区分许多类型的虚拟化。最初我们可以列举这两种虚拟化类型：

完全虚拟化：hypervisor几乎重新创建了原始系统的每个组件，使得客户操作系统无需修改即可运行。
半虚拟化：通过特殊接口提供对硬件资源的访问。这更高效，因为hypervisor不需要执行完全虚拟化中所需的许多高成本操作。然而，客户操作系统需要修改，以便它可以在半虚拟化环境中执行。
还有其他结合了完全虚拟化和半虚拟化特性的解决方案，如PVHVM或PVH。由于这是入门内容，我们不会深入细节，但我们将在第3章中看到这些其他虚拟化类型。
当使用半虚拟化时，我们将谈论半虚拟化虚拟机。当使用完全虚拟化时，我们将谈论硬件虚拟机，或HVM。
我们还应该在这里提到另一个概念，操作系统级虚拟化。在这种情况下，内核允许多个用户空间实例完全隔离地存在。这些实例在Linux环境中通常称为容器，尽管在其他操作系统中使用不同的术语来表示相同的概念，如FreeBSD中的jails或Solaris中的zones。

虚拟化的优缺点
使用虚拟化有许多优点。我们可以列举以下内容：

成本效益：硬件使用效率更高；我们不再需要为每个逻辑服务器配备专用的物理服务器。
管理更简单：通过使用虚拟化，我们可以使用快照在需要时回滚更改；我们还可以通过使用编排自动化许多任务。
能源使用效率高：通过使用更少的硬件，需要更少的能源，从而降低成本。

不幸的是，在考虑虚拟化时，我们还需要了解一些缺点：

并非所有软件和/或硬件都可以轻松虚拟化。
硬件访问是间接的，因此效率较低。

物理机到虚拟机的迁移
通过虚拟化现有的物理机，我们可以从虚拟化的优势中受益。简化备份和恢复操作。这个过程通常被称为物理到虚拟迁移，简称P2V。我们可以使用不同的工具进行P2V。我们将列举其中一些。

VMware Converter
目前用于执行P2V迁移的最常用工具之一是VMware独立转换器。这是一个非常易于使用的商业工具。

virt-p2v
virt-p2v将物理机转换为由KVM管理的虚拟机。在本书的后面，我们将更详细地研究KVM和这个工具，并看到一个例子。

openQRM
openQRM是一个用于异构数据中心基础设施的管理平台，具有许多有趣的功能，其中包括P2V和V2V转换。

Clonezilla
另一种可能性，虽然不像我们之前看到的那么容易，是克隆我们计划虚拟化的服务器的磁盘。我们可以使用的一个非常好的工具是Clonezilla（图1-6）。之后，我们应该将磁盘映像文件转换为我们的hypervisor识别的格式。我们可以在他们的官方网站上看到一个完整的例子。

图1-6. 启动Clonezilla Live

在系统之间迁移虚拟机
除了将物理机转换为虚拟机外，有时我们可能需要将虚拟机从某个hypervisor迁移到另一个；这简称为V2V。我们将在接下来的章节中看到几个实际例子。

容器虚拟化概念

在本章中，我们将涵盖以下概念：

理解系统和应用程序容器的概念
理解并分析内核命名空间（kernel namespaces）
理解并分析控制组（control groups，cgroups）
理解并分析能力（capabilities）
理解seccomp、SELinux和AppArmor在容器虚拟化中的作用

我们还将介绍以下术语和工具：nsenter、unshare、ip、capsh、/sys/fs/cgroups、/proc/[0-9]+/ns和/proc/[0-9]+/status。

系统容器与应用程序容器

容器本质上是一系列被隔离的系统进程。它依赖于主机操作系统的一系列特性来提供这种隔离，主要是命名空间（namespaces）和控制组（cgroups）。在某些文档中，容器化也被称为操作系统级虚拟化。

系统容器：运行完整操作系统的容器。
应用程序容器：一个最小化的独立包，包含运行特定应用程序所需的一切，仅此而已。

内核命名空间（Kernel Namespaces）

Linux命名空间是Linux内核的一项功能，用于分区内核资源。通过命名空间，一个进程或一组进程只能看到特定的资源，而另一个进程或组进程看到的是不同的资源。根据隔离的资源类型，命名空间有多种类型，并且随着内核的发展，可能会添加更多类型。常见的命名空间包括：

挂载命名空间（Mount）
进程ID命名空间（Process ID，pid）
网络命名空间（Network，net）
进程间通信命名空间（Inter-process communication，ipc）
UTS命名空间（Unix time sharing）
用户ID命名空间（User ID，user）
cgroup命名空间（cgroup namespace）
时间命名空间（Time namespace）

查看系统中的命名空间

要列出当前系统中正在使用的命名空间，可以使用lsns命令。

虚拟化与容器详细内容

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From： https://www.cnblogs.com/mugetsukun/p/18653433

基础知识-虚拟化（Virtualization）技术