虚拟化详解

虚拟化

1、虚拟化发展过程

第一个阶段：物理服务器

一台业务独占一台物理服务器，一个项目买一个物理机，硬件整机单独跑一个系统，业务

存在的痛点：

• 资源浪费及其的严重，服务器的cpu,内存，利用率只有5%~15%，大部分的性能空闲

• 部署慢，采购硬件，上架，布线，装系统，几天甚至几周

• 无法弹性扩容，高峰期只能重新购买机器，不能临时扩容

因此虚拟化技术诞生了

第二个阶段：服务器虚拟化(vmware,kvm时代)

为了解决物理机的资源浪费

核心思想：一台物理机，通过hypervisor虚拟化层，切分成多台虚拟机，每台虚拟机独立系统，独立隔离，互不影响，共享一台物理硬件

带来的好处

• 一台物理机跑十几台虚拟机，硬件资源利用率从10%提升到了60%~80%

• 不需要频繁的购买物理机，省钱，省机房空间，省电

• 虚拟机快速克隆，快照，迁移，几分钟就能新建一台服务器

• 隔离性好，一个虚拟机崩了，不影响其他

局限性

• 虚拟化只是单机资源盘活，只能管理本地几台物理机

• 没法大规模的，统一调度，按需自助使用，于是云计算的出现了

第三阶段：云计算(虚拟化规模化，服务化)

为什么会出现？

虚拟化只是单机小打小闹，企业想要的：

• 不用自己管硬件

• 随时开，随时关，想用多少付多少钱

• 成千上万台机器统一管理，自动调度

本质：云计算=虚拟化技术 + 大规模的集群 + 自动化调度 + 网络存储整合 + 按需计费

将成千上万台物理服务器，虚拟化资源，整合成一个超级大的资源池
用户按需领用，云主机，云磁盘，云网络，数据库，阿里云这样的

核心特点

• 资源池化，所有的cpu,内存，磁盘都汇成一个大池子

• 弹性伸缩，业务涨了自动加机器，低估的话，自动的减

• 按需付费，用多少付多少

• 自助服务，网页点一下就能创建虚拟机，不用运维人工干预

局限

虚拟机还是太重了

• 每台虚拟机都要装完整的操作系统

• 启动慢，占用的资源大，打包迁移比较的慢，开机要几分钟等等

• 开发环境和生产环境经常不一样，容器化诞生

第四阶段：容器化技术(docker + k8s)

为什么会出现了？

虚拟机太重了，启动慢，环境不一致，交付慢

核心思想：容器共享主机内核，不用每台装完整的操作系统，只打包：应用+依赖库+配置，秒级启动

和虚拟机的最大区别：

• 虚拟机：硬件级虚拟，每台独立内核，笨重，隔离强

• 容器：操作系统级虚拟化，共享内核，轻量级，启动快，交付一致

带来的价值

• 秒级启动，虚拟机分钟级别

• 占用资源极低，一台机器能够跑几百个容器

• 一次打包，多次运行，开发，测试，生产环境一致

• 配合k8s实现自动编排，自愈，扩容

总结

• 物理服务器：一台业务一台机 → 资源极度浪费

• 虚拟化：一台物理机切多台虚拟机 → 盘活硬件、提高利用率

• 云计算：虚拟化集群化 + 自动化 → 资源池化、按需弹性、免管硬件

• 容器化：解决虚拟机笨重、环境不一致 → 轻量、快速、标准化交付，进入云原生时代

2、虚拟化的几个概念

Host 宿主机，真实的物理机，真实的操作系统，承载虚拟机的底层机器

Guest 虚拟机， 跑在虚拟化软件里的系统，安装的linux,windows虚拟机

Hypervisor 虚拟机监控程序，虚拟化层的核心，负责接管硬件，创建管理虚拟机，负责虚拟机的生命周期

Hypervisor 2种类型

裸金属，华为的FC，将cna.iso直接安装在物理服务器上，就可以直接创建虚拟机了，这种就是hypervisor就是直接安装在操作系统上面的

宿主型 就是hypervisor装在操作系统的上层，而不是同一个层级，代表就是vmware workstation 就是直接安装在操作系统上面，然后在这个软件里面创建虚拟机，virtual box也属于这种

3、虚拟化的分类

1、完全虚拟化(基于软件的完全虚拟化)

• 用软件完整的模拟一套硬件(cpu,主板,磁盘,网卡,内存) ，不需要改虚拟机的系统，可以随便装linux，windows系统都可以

• 虚拟机不知道自己是虚拟机，以为自己跑在真实的物理机上

• 在vmwaere上安装了一个windows系统，在这个系统上，创建文件，写内容，会有一个空间分配，vmware 会欺骗这个系统，捕获这个分配内存空间的请求，然后发送给宿主机，说可以分配的，然后vmware就告诉这个里面的虚拟机，还是一个连续的分配的空间的地址

• 上面就是基于软件的完全虚拟化，但是会给这个处理器额外的开销，来回的翻译，传递这些

• 虚拟机申请的磁盘，其实就是虚拟化出来的

• vmware work station 这个软件就可以实现完全虚拟化，就是一个二进制翻译技术

2、半虚拟化

• 就需要修改虚拟机的内核，用装专门的虚拟化驱动,虚拟机知道自己是虚拟机，直接和虚拟化层通信，性能更高

3、硬件辅助虚拟化

• 基于cpu的，依赖cpu intel VT-x/AMD-V 硬件指令集，cpu硬件帮着做隔离，地址翻译，特权指令截获，替代纯软件模拟，性能接近物理机

• kvm是基于linux 内核的硬件辅助完全虚拟化

• kvm强依赖 intel VT-x/ AMD-V ,没有cpu硬件虚拟化就不能用kvm

• vmware软件完全虚拟机，xen半虚拟化现在都依赖硬件辅助虚拟化，vmware因为有cpu硬件辅助虚拟化支持，性能会非常的好