虚拟化-技术介绍

作者介绍：简历上没有一个精通的运维工程师。请点击上方的蓝色《运维小路》关注我，下面的思维导图也是预计更新的内容和当前进度(不定时更新)。

虚拟化，简单来说就是把一台服务器/PC电脑，虚拟成多台独立的虚拟机，每台虚拟机之间相互隔离，每个虚拟机都有自己独立的操作系统，磁盘，网络资源。虚拟化是一个很庞大的系统，我的介绍主要是帮助你入门，让你了解基本技术原理，具备搭建操作虚拟化的能力。由于涉及到内容较多，这里的目录就只是以简单分类介绍和说明，不再针对单个小节进行目录列出,主要涉及的分类包括以下几个方面：

1.虚拟化介绍(本小节属于)

2.kvm基本使用

3.kvm进阶使用

4.kvm技术原理

5.vmware介绍&使用

6.小结

虚拟化介绍

虚拟化是一种将物理资源抽象为虚拟（逻辑）资源的技术，在计算机领域具有广泛应用。通过虚拟化，可以将一台物理计算机划分为多个虚拟计算机，并在每个虚拟计算机上运行独立的操作系统和应用程序。

虚拟化技术有助于优化资源利用、提高系统灵活性和可扩展性，并提供更高的可靠性和安全性。以下是一些常见的虚拟化类型：

1. 服务器虚拟化：在一台物理服务器上运行多个虚拟服务器实例，每个实例都可以独立运行操作系统和应用程序。这种虚拟化形式可以提高服务器资源利用率，并实现快速部署和管理虚拟服务器。(云主机)
2. 桌面虚拟化：将物理桌面环境虚拟化为虚拟桌面实例，使用户可以通过网络访问和使用虚拟桌面。桌面虚拟化可以提供更好的用户灵活性和便利性，并简化桌面管理和维护。（云电脑，本质还是一种云主机的特殊应用）
3. 网络虚拟化：通过将物理网络资源划分为多个虚拟网络，实现逻辑上的隔离和灵活性。网络虚拟化可以提供更好的网络资源利用率、灵活的网络配置和更高的网络安全性。（vpc网络，目前市场上的云都在使用，可以无限扩展而不受物理网络的限制）
4. 存储虚拟化：将物理存储资源抽象为虚拟存储池，并为虚拟机提供灵活的存储分配和管理。存储虚拟化可以简化存储资源管理，并实现更好的存储利用率和性能优化。（分布式存储，提供无限的存储空间）

虚拟化技术的核心是虚拟机监视器，它是一个软件层，负责管理和分配物理资源给虚拟机。

虚拟化技术介绍

硬件虚拟化

• 现代的 CPU 都提供了对虚拟化的硬件支持。例如英特尔的 VT-x 技术和 AMD 的 AMD-V 技术。这些技术允许 CPU 在硬件层面上区分虚拟机的指令和物理机的指令，从而提高虚拟化的效率和性能。通过硬件支持，虚拟机可以更高效地利用物理资源，减少了因软件模拟带来的性能损耗。

全虚拟化

• 全虚拟化是一种虚拟化技术，它在虚拟机和物理硬件之间提供了一个完整的虚拟层。在全虚拟化环境下，虚拟机中的操作系统无需修改就可以直接运行。虚拟机操作系统发出的所有指令都被虚拟层拦截并模拟执行，就好像虚拟机操作系统直接运行在物理硬件上一样。性能弱于硬件虚拟化。

半虚拟化

• 半虚拟化是一种相对全虚拟化而言更为高效的虚拟化技术。在半虚拟化环境下，虚拟机中的操作系统需要进行部分修改才能在虚拟环境中运行。虚拟机操作系统发出的部分指令会直接在物理硬件上执行，而不是全部通过虚拟层模拟执行。虽然性能强于全虚拟化，但是虚拟机操作系统需要定制。

此图来源于互联网

简单点来说就是普通指令vmm转换影响很小，但是特权指令则受虚拟化技术的限制较多，全虚拟化全部软件模拟，性能较差；半虚拟化性能好，但是操作系统需要定制；硬件辅助虚拟化性能最好，需要硬件支持。

虚拟化技术

KVM

KVM（Kernel-based Virtual Machine）是一种基于Linux内核的开源虚拟化技术。它允许在Linux操作系统上创建和管理多个虚拟机（VMs），每个VM都可以运行独立的操作系统和应用程序。

以下是KVM的一些重要特点和优势：

1. 硬件虚拟化支持：KVM利用处理器的硬件虚拟化功能（如Intel VT和AMD-V）来提供近乎原生的性能，同时确保虚拟机之间的隔离和安全性。
2. 完全虚拟化和半虚拟化支持：KVM支持完全虚拟化和半虚拟化两种模式。完全虚拟化模式下，虚拟机可以直接运行未经修改的操作系统；半虚拟化模式下，虚拟机需要修改操作系统来提高性能。
3. 动态资源分配：KVM可以根据虚拟机的需求动态分配CPU、内存和存储等资源，以实现更高的资源利用率和灵活性。
4. 弹性扩展：KVM可轻松扩展以支持大规模虚拟化环境，并提供负载均衡和故障转移等功能，以确保高可用性和可靠性。
5. 支持广泛的操作系统：KVM支持运行多种操作系统，包括Linux、Windows、BSD等，因此非常适用于混合操作系统环境。
6. 开放源代码和社区支持：KVM是一个开源项目，拥有庞大的社区支持和开发者社区，这意味着它可以不断地得到更新、改进和修复问题。
7. 与其他开源工具的集成：KVM可以与许多其他开源工具和技术（如QEMU、libvirt和OpenStack）集成，以提供更完整的虚拟化解决方案。

KVM作为一种成熟且广泛采用的虚拟化技术，被广泛用于企业的服务器虚拟化、云计算平台和虚拟化网络等场景。它提供高性能、高可用性和灵活性，并且具有较低的成本和易于管理的优势，因此受到了许多组织和用户的青睐。

还有一种叫KVM切换器的产品，也在运维中会涉及到，他是将多台显示器都接到一个统一的KVM设备上，然后接一台显示器到这个kvm设备上，通过控制KVM设备来控制显示不同的主机的内容。

VMware

VMware 是一家知名的虚拟化和云计算技术提供商，其产品和技术被广泛用于企业级数据中心和云计算环境中。以下是关于 VMware 的主要产品和特点的介绍：

主要产品和技术：

1. VMware vSphere：VMware vSphere 是其核心产品，是一款基于 VMware ESXi 的虚拟化平台。它提供了强大的虚拟化和管理功能，包括虚拟机管理、资源调度、高可用性、故障恢复、安全性和自动化等功能。
2. VMware ESXi：VMware ESXi 是 VMware 的核心虚拟化操作系统，用于在物理服务器上虚拟化运行多个虚拟机。它支持硬件虚拟化，并提供高性能和低延迟的虚拟化体验。
3. VMware vCenter Server：VMware vCenter Server 是 vSphere 的管理平台，用于集中管理和监控多个 ESXi 主机和虚拟机。它提供了集中的管理界面，支持虚拟机的创建、配置、监控、备份和恢复等操作。
4. VMware Workstation 和 VMware Fusion：VMware Workstation（用于 Windows 和 Linux）和 VMware Fusion（用于 macOS）是桌面虚拟化产品，允许用户在个人计算机上创建和运行多个虚拟机。这些产品适用于开发人员、测试人员和技术爱好者，提供了灵活的开发和测试环境。
5. VMware Horizon：VMware Horizon 是一款虚拟桌面基础设施（VDI）解决方案，允许用户通过网络访问虚拟桌面和应用程序。它支持移动设备、桌面计算机和终端用户设备的访问，提供了灵活的工作空间解决方案。
6. VMware Cloud Foundation：VMware Cloud Foundation 是一种集成的软件定义数据中心平台，通过整合 vSphere、vSAN 和 NSX 等技术，提供了完整的软件定义基础设施（SDI）和云计算解决方案。

主要特点和优势：

• 高可用性和故障恢复：VMware 提供了多种高可用性选项和自动故障恢复功能，确保虚拟机和应用程序的连续性和可靠性。
• 资源管理和优化：VMware 提供了先进的资源调度和优化功能，允许管理员有效地管理和利用物理资源，提高数据中心的资源利用率。
• 安全性和隔离性：VMware 提供了多层次的安全性措施，包括虚拟化的安全性功能、访问控制和网络隔离，保护虚拟环境中的数据和应用程序。
• 云集成和混合云支持：VMware 提供了与公有云（如 AWS、Azure）和混合云环境的集成，允许企业在私有云和公有云之间灵活地迁移和管理工作负载。
• 开发和测试环境：VMware 的桌面虚拟化产品（如 Workstation 和 Fusion）为开发人员和测试人员提供了灵活的开发和测试环境，支持多种操作系统和应用程序的快速部署和测试。

Hyper-V

Microsoft Hyper-V 是一款由微软开发的虚拟化平台和超级监视器。它允许用户在单台物理计算机上创建和管理虚拟化环境，从而能够在同一硬件上同时运行多个操作系统和应用程序。以下是关于 Microsoft Hyper-V 的一些主要特点和介绍：

主要特点和功能：

1. 硬件虚拟化支持：Hyper-V 利用硬件虚拟化扩展（如Intel的VT-x或AMD的AMD-V）来提供高性能的虚拟化环境，减少虚拟机和宿主系统之间的性能损失。
2. 虚拟机管理：用户可以轻松地创建、配置和管理虚拟机（VM），包括分配资源、调整网络设置和存储配置等。
3. 支持多操作系统：Hyper-V 支持运行多种不同的操作系统，包括各种版本的 Windows Server、Linux 发行版和其他支持的客户操作系统。
4. 高可用性和容错：Hyper-V 提供了高可用性选项，如虚拟机复制和故障转移，以确保虚拟机服务的连续性和可靠性。
5. 网络虚拟化：支持虚拟交换机和网络配置，允许管理员灵活地管理虚拟机之间的网络通信和外部网络连接。
6. 动态内存分配：Hyper-V 允许管理员配置虚拟机以动态方式分配内存，根据虚拟机的需求动态调整内存大小，提高资源利用率。
7. 快照和复原：用户可以创建虚拟机的快照（Snapshot），并在需要时快速恢复到先前的状态，便于测试、开发和应急恢复。
8. 集成：Hyper-V 与 Microsoft 的其他平台和服务（如 Active Directory、System Center 等）紧密集成，使其在企业环境中易于部署和管理。

使用场景：

• 服务器虚拟化：允许企业在一台物理服务器上运行多个虚拟服务器，提高资源利用率和服务器灵活性。
• 开发和测试环境：为开发人员提供多个测试环境，以在同一硬件上运行不同的操作系统和应用程序版本。
• 应用程序兼容性：允许在一个操作系统上运行不兼容的应用程序或环境，以提供更好的应用程序兼容性和支持。

总结

1.虚拟化就是把一台电脑&服务器虚拟成多个独立的操作系统，让不同的应用可以独立运行，不会相互干扰。

2.全虚拟化全部软件模拟，性能较差；半虚拟化性能好，但是操作系统需要定制；硬件辅助虚拟化性能最好，需要硬件支持。

3.目前市面上最主流的虚拟化技术是kvm，目前各大云厂商的虚拟机大多是基于kvm出来的。