虚拟化初步了解

技术演变过程

• 物理服务器--->虚拟化--->>云计算--->>>容器化时代

从资源管理与利用效率角度

物理服务器(独栋别墅)

• 一台物理服务器，资源固定且独占，cpu，内存，磁盘利用率非常的低，资源浪费的非常严重

虚拟化(公寓楼)

• 通过这个Hypervisor(如vmware,hyper-v)将这个物理资源，切割成多个相互隔离的虚拟机VM

• 实现了资源的整合，但是每个虚拟机都需要携带完整的操作系统，非常繁琐，通常是GB级别的

云计算(酒店式服务公寓)

• 虚拟化的升华，核心是资源池化和按需自助服务lass

• 资源从静态分配变为动态弹性伸缩，按使用量计费，利用率最大化了，就是用户用多少我给多少，不会浪费掉

• 不需要用户自己手动一个一个安装虚拟机，就只需要再网页上点几下就创建出来了，背后是自动化和API化

• 阿里云等云厂商

• 对于这个虚拟化的方便管理

容器化(集装箱与货轮)

• 容器共享主机的OS内核，资源利用率更加的高

• 每个容器都是共享主机的资源，cpu,内存，网络

• 启动速度是秒级别的，但是隔离性比较的弱

• 微服务

应用交付与运维角度

• 物理服务器：“重装系统”。部署应用需准备硬件、安装OS、配置环境，过程以周/月计。运维依赖人工，易出现“雪花服务器”（配置独一无二），灾难恢复困难。

• 虚拟化：“克隆虚拟机”。以虚拟机镜像（VM Image）为交付单元，部署速度提升至分钟/小时级。但镜像庞大（GB级），包含整个OS，迁移和分发效率低。

• 云计算：“API调用与模板”。基础设施即代码（IaC），通过API和模板（如AWS CloudFormation, Terraform）自动化部署环境。强调可观测性和自动化运维。

• 容器化：“镜像与编排”。以容器镜像为标准化交付单元，包含应用及其所有依赖。结合容器编排（如Kubernetes），实现声明式部署、服务发现、自愈和滚动更新，部署速度达秒级。DevOps和GitOps文化的技术基石。

演变的逻辑

• 这是一条从 “刚性”到“柔性”、从 “以资源为中心”到“以应用为中心” 的清晰路径。

• 虚拟化 解决了物理服务器 “硬” 的问题（浪费、不灵活）。

• 云计算 解决了虚拟化 “静” 的问题（管理复杂、缺乏服务），提供了动态的资源海洋，用户需要多少，我提供多少

• 容器化 解决了云计算环境下应用 “重” 的问题（VM镜像笨重、启动慢），让应用像集装箱一样标准、轻便、快速，能在云资源的海洋里自由漂移和编排。秒级别的启动这个容器

理解

• 之前一个应用跑在一个物理服务器上面运行，比较的浪费资源

• 虚拟化的出现，就是一个物理服务器虚拟出了多个虚拟机，10个，就可以跑10个应用，但是这个虚拟机都有完整的操作系统，比较的繁重，不易管理

• 云计算的出现，对于这个虚拟化，有一个好的管理，可观测性，自动部署的环境，点几下网页就创建出来了

• 容器化的出现，就是一个物理服务器，可以运行上百万个容器，这个容器都可以跑服务，而且非常的轻便，都是共享这个宿主机的资源

跑应用的演进之路

特性维度	物理服务器	虚拟化	云计算 (IaaS/PaaS)	容器化 (云原生)
核心价值	稳定、可控	整合、隔离	弹性、自助、服务化	敏捷、效率、可移植性
交付单元	物理主机	虚拟机镜像	云服务/API	容器镜像
部署速度	周/月	分钟/小时	分钟	秒
资源粒度	整台服务器	虚拟CPU/内存	更细的API资源	进程级，极致细粒度
运维模式	人工、脚本	集中化虚拟化管理	自动化、可观测	声明式、自治、GitOps

Hypervisor两种类型

• 是一个虚拟管理器

• 资源虚拟化

  • CPU虚拟化：将物理CPU核心虚拟为多个vCPU

  • 内存虚拟化：为每个VM分配独立的内存空间

  • I/O虚拟化：虚拟网卡、虚拟磁盘控制器等

  • 设备虚拟化：虚拟显卡、USB设备等

• 虚拟机管理

  • 创建、启动、停止、暂停、迁移VM

  • 快照功能（保存VM某个时间点的状态）

  • 实时迁移（VMotion/Live Migration）

• Hypervisor就是虚拟化技术的"交通警察"：

  • 指挥交通：调度CPU、内存、I/O资源

  • 划分车道：为每个VM创建独立的运行空间

  • 确保安全：防止VM之间相互干扰

  • 提高效率：让一台物理机发挥多台的作用

裸机Hypervisor（Bare-metal）

• 直接安装在物理硬件上

• 就是安装一个vmware esxi/hypre-v/proxmox 本身就是一个极简的操作系统

• 上面也可以创建多个虚拟机

• 特点

  • 性能高，直接访问硬件

  • 安全性好，没有中间层

  • 用于服务器和数据中心

  • 例子：VMware ESXi, Microsoft Hyper-V, Citrix XenServer, KVM（Linux内核模块）

• 案例

  • 一个centos物理服务器安装 Hypervisor（如KVM、ESXi、Hyper-V），跑一个openstack,上面有这个vm

  • 虽然这个服务器有操作系统，这个kvm集成在这个操作系统上面，如果是下面的基于在软件上面，就没有这个KVM包

  • 操作系统与这个虚拟化监控器是集成的，kvm和这个centos服务器

托管Hypervisor（Hosted）

• 安装在现有操作系统之上，就是在操作系统上面安装了一个虚拟化监控器，而不是集成(与上面的区别)

• 就是我们电脑上面安装一个vmware workstation软件，在这个软件上面可以创建多个虚拟机，有这个中间层

• 特点

  • 安装简单，像普通软件一样

  • 性能有损耗（通过宿主机OS）

  • 主要用于开发、测试、桌面虚拟化

硬件辅助虚拟化

• vmware软件完全虚拟化，cpu硬件辅助虚拟化支持