虚拟化技术

▶ 虚拟化技术

随着技术的发展，计算机的硬件发展迅速，但同时企业发现服务器的硬件资源没有得到很好的利用，会有足够的空闲资源等待被利用，为了使得硬件的价值发挥最大创造更多的价值虚拟化技术开始得到了快速的发展。

通过虚拟化技术可以将硬件资源与软件资源进行一个隔离，使得系统应用程序在指定的系统上运行与硬件自身的关系开始淡化，虚拟化的技术使得一个平台能够运行不同的操作系统。

▷ 虚拟化的优势

• 更少的能耗
  使用虚拟化技术可以减少对实体平台的需求，机器运行和冷却的时间得到了减少，使得能源费用降低。
• 更少的维护
  维护系统的时间变少
• 延长已安装软件的寿命
  由于能虚拟出相关的系统环境，之前的软件得到了运行的环境。
• 可预计的成本
  成本容易估算
• 节省空间
  这在上面已经有解释

▷ 虚拟化的分类

▷▷ 全虚拟化技术-Full Virtuallization

全虚拟化技术是基于硬件的完全虚拟化，利用处理器的硬件特征向客户机提供底层实体系统的总抽象，这样的虚拟机被称为 Vitrual Machine。

由于是完全虚拟，所以资源开销与后面的半虚拟化相比是比较大的，但是优点是不需要客户机系统进行修改。

▷▷ 半虚拟化技术-Part Virtuallization

通过一系列呈现给虚拟机的软件和数据结构，需要客户机系统修改来使用半虚拟化的场景，虽然半虚拟化对资源的开销比前者好但是对于不能修改的系统如Windows来说就不行。

QEMU、KVM、QEMU-KVM、libvirt、virsh、virsh-manage

▷ QEMU

QEMU 是一台主机上的 VMN，通过动态二进制转换来模拟 CPU，并通过一些列的硬件模拟设备，使用客户机操作系统认为自己和硬件直接打交道，这其实是同 QEMU 模拟出来的硬件打交道，QEMU 再将这些指令翻译给真正硬件进行操作。通过这种模式，客户机的操作系统可以和主机上的硬盘、网卡、CPU、CD-ROM、音频设备和USB设备进行交互，用于需要 QEMU 所以性能较差

▷ KVM

KVM 是 Linux 内核提供的虚拟化架构，为 AMD 64 和 Intel 64 硬件上的 Linux 提供完全虚拟化的解决方案，KVM 可以运行多种无需修改的 Windows 和 Linux 客户机操作系统。

KVM 需要处理器本身就能支持虚拟化扩展，如 AMD-V 技术 和 Inter VT 技术。

在PC中可以使用一些工具来检查芯片是否支持虚拟化如：LeoMoon CPU-V

第一张图中没有启动这就需要在BIOS中开启虚拟化。

所以 KVM 本身不实现任何模拟功能，只是暴露了一个接口，宿主机通过该接口主要负责 vCPU 的运行，这样客户机操作系统的 CPU 指令不用经过 QEMU 翻译就可以直接运行，提高了运行速度。

▷ QEMU-KVM

由于 KVM 只提供了 CPU 的内存的虚拟化，并不能模拟其他的设备，这就需要有个运行在用户空间的工具而这个工具就是 QEMU。

所以就有了 KVM 负责 CPU 的虚拟化和内存的虚拟化，而 QEMU 负责模拟其他的 I/O 设备。

KVM 运行在内核空间，QEMU 运行在用户空间，组合起来对各种虚拟硬件设备的创建、调用进行管理。

QEMU-KVM：作为 QEMU 和 KVM 的结合，QEMU 将 KVM 结合起来，通过 ioctl 程序调用 /dev/kvm，而将 CPU 指令部分交给内核来做，KVM 与 QEMU 的结合就是完整意义上的服务器虚拟化。

▷ libvirt

一个软甲包，用于与虚拟机监控程序相独立的虚拟化应用程序接口，可以与操作系统的一系列虚拟化性能进行交互，该软件包提供一个稳定的通用层来安全地管理主机上的虚拟机和一个管理本地系统与联网的主机的通用接口。

在虚拟机监控程序支持的情况下，部署、创建、修改、监测、控制、迁移 以停止虚拟机的操作都需要这些 API，虽然 libvirt 程序包可以同时访问多台主机，但是 API 只限于单节点的操作。

libvirt 用于被设计为用来构建高级管理工具如 virt-manager 与 virsh 命令行工具。

▷ virsh

virsh 是一个基于上面的 libvirt API 创建的用于监视系统程序和客户机的命令行工具。

普通用户可以使用只读的模式运行 virsh 命令，而 root 管理员可以使用所有的管理功能。

virsh 命令用于创建虚拟化任务管理脚本，如安装、启动、停止虚拟机。

▷ virsh-manager

virsh-manager 是一个用于管理虚拟机的图形工具，这能允许访问图形化的客户机控制台，执行关于虚拟机的管理、创建、迁移、配置 等任务，本地的虚拟机监控程序可以通过单一接口进行管理。

从 RHEL 8 开始 virsh-manager 已经被 Cockpit 替代了。