虚拟化技术

虚拟化

虚拟化是云计算的基础。简单的说，虚拟化使得在一台物理的服务器上可以跑多台虚拟机，虚拟机共享物理机的 CPU、内存、IO 硬件资源，但逻辑上虚拟机之间是相互隔离的。

物理机一般称为宿主机（Host），宿主机上面的虚拟机称为客户机（Guest）。Host 主要是通过 Hypervisor 程序将自己的硬件资源虚拟化，并提供给 Guest 使用。根据 Hypervisor 的实现方式和所处的位置，虚拟化分为两种：1型虚拟化和2型虚拟化。

1型虚拟化

Hypervisor 直接安装在物理机上，多个虚拟机在 Hypervisor 上运行。Hypervisor 实现方式一般是一个特殊定制的 Linux 系统。Xen 和 VMWare 的 ESXi 都属于这个类型。

2型虚拟化

物理机上首先安装常规的操作系统，比如 Redhat、Ubuntu 和 Windows。Hypervisor 作为 OS 上的一个程序模块运行，并对管理虚拟机进行管理。KVM、VirtualBox 和 VMWare Workstation 都属于这个类型。

比较：

1型虚拟化一般对硬件虚拟化功能进行了特别优化，性能上比2型要高；
2型虚拟化因为基于普通的操作系统，会比较灵活，比如支持虚拟机嵌套。嵌套意味着可以在KVM虚拟机中再运行KVM。

KVM

基本概念

• KVM 是基于虚拟化扩展（Intel VT 或者 AMD-V）的 X86 硬件的开源的 Linux 原生的全虚拟化解决方案。
• KVM 全称是 Kernel-Based Virtual Machine，也就是说 KVM 是基于 Linux 内核实现的。
• KVM有一个内核模块叫 kvm.ko，只用于管理虚拟 CPU 和内存。
• KVM 中，虚拟机被实现为常规的 Linux 进程，由标准 Linux 调度程序进行调度。
• 虚机的每个虚拟 CPU 被实现为一个常规的 Linux 线程。这使得 KMV 能够使用 Linux 内核的已有功能。
• KVM是2型虚拟化。
• KVM 本身不执行任何硬件模拟，需要用户空间程序通过 /dev/kvm 接口设置一个客户机虚拟服务器的地址空间，向它提供模拟 I/O，并将它的视频显示映射回宿主的显示屏。目前这个应用程序是 QEMU。
• Guest：客户机系统，包括CPU（vCPU）、内存、驱动（Console、网卡、I/O 设备驱动等），被 KVM 置于一种受限制的 CPU 模式下运行。
• KVM：运行在内核空间，提供 CPU 和内存的虚级化，以及客户机的 I/O 拦截。Guest 的 I/O 被 KVM 拦截后，交给 QEMU 处理。
• QEMU：修改过的被 KVM 虚机使用的 QEMU 代码，运行在用户空间，提供硬件 I/O 虚拟化，通过 IOCTL /dev/kvm 设备和 KVM 交互。

IO的虚拟化

IO 的虚拟化，比如存储和网络设备由Linux 内核和Qemu来实现。作为一个 Hypervisor，KVM 本身只关注虚拟机调度和内存管理这两个方面。IO 外设的任务交给 Linux 内核和 Qemu。

Libvirt

• Libvirt是KVM 的管理工具。
• Libvirt 除了能管理KVM这种Hypervisor还能管理 Xen，VirtualBox 等。
• Libvirt 包含：后台daemon程序libvirtd、API 库和命令行工具 virsh。
• libvirtd是服务程序，接收和处理 API 请求。
• API 库使得其他人可以开发基于 Libvirt 的高级工具，比如 virt-manager，这是个图形化的 KVM 管理工具。