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虚拟化技术

前言

大家好我是jiantaoyab,这是我所总结作为学习的笔记第十八篇,在这里分享给大家,这篇文章讲虚拟技术就是大家平时用到的云服务器是什么。

虚拟机技术变迁

虚拟机(Virtual Machine)技术,其实就是指在现有硬件的操作系统上,能够模拟一个计算机系统的技术。而模拟一个计算机系统,最简单的办法,其实不能算是虚拟机技术,而是一个模拟器(Emulator)。

解释型虚拟机

要模拟一个计算机系统,最简单的办法,就是兼容这个计算机系统的指令集。我们可以开发一个应用程序,跑在我们的操作系统上。

这个应用程序呢,可以识别我们想要模拟的、计算机系统的程序格式和指令,然后一条条去解释执行。

在这个过程中,我们把原先的操作系统叫作宿主机(Host),把能够有能力去模拟指令执行的软件,叫作模拟器(Emulator),而实际运行在模拟器上被“虚拟”出来的系统呢,我们叫客户机(Guest VM)。

开发机上跑的 Android 模拟器,其实就是这种方式。

这种解释执行方式的最大的优势就是,模拟的系统可以跨硬件。

比如,Android 手机用的 CPU 是 ARM 的,而开发机用的是 Intel X86 的,两边的 CPU 指令集都不一样,但是一样可以正常运行。

Type-2

我们需要一个“全虚拟化”的技术,也就是说,我们可以在现有的物理服务器的硬件和操作系统上,去跑一个完整的、不需要做任何修改的客户机操作系统(Guest OS)。

那么,我们怎么在一个操作系统上,再去跑多个完整的操作系统呢?

答案就是就是加入一个中间层。在虚拟机技术里面,这个中间层就叫作虚拟机监视器,英文叫 VMM(Virtual Machine Manager)或Hypervisor。

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如果说我们宿主机的 OS 是房东的话,这个虚拟机监视器呢,就好像一个二房东。我们运行的虚拟机,都不是直接和房东打交道,而是要和这个二房东打交道。我们跑在上面的虚拟机呢,会把整个的硬件特征都映射到虚拟机环境里,这包括整个完整的 CPU 指令集、I/O 操作、中断等等。

在 Type-2 虚拟机里,虚拟机监视器好像一个运行在操作系统上的软件。客户机的操作系统把最终到硬件的所有指令,都发送给虚拟机监视器。而虚拟机监视器,又会把这些指令再交给宿主机的操作系统去执行。

Type-1

在数据中心里面用的虚拟机,我们通常叫作 Type-1 型的虚拟机。

这个时候,客户机的指令交给虚拟机监视器之后呢,不再需要通过宿主机的操作系统,才能调用硬件,而是可以直接由虚拟机监视器去调用硬件。

另外,在数据中心里面,我们并不需要在 Intel x86 上面去跑一个 ARM 的程序,而是直接在 x86 上虚拟一个 x86 硬件的计算机和操作系统。所以,我们的指令不需要做什么翻译工作,可以直接往下传递执行就好了,所以指令的执行效率也会很高。

所以,在 Type-1 型的虚拟机里,我们的虚拟机监视器其实并不是一个操作系统之上的应用层程序,而是一个嵌入在操作系统内核里面的一部分。

无论是 KVM、XEN 还是微软自家的 Hyper-V,其实都是系统级的程序。

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Docker

Type-1 型的虚拟机有一个资源的浪费,在我们实际的物理机上,我们可能同时运行了多个的虚拟机,而这每一个虚拟机,都运行了一个属于自己的单独的操作系统。

多运行一个操作系统,意味着我们要多消耗一些资源在 CPU、内存乃至磁盘空间上。

其实我们很多时候想要租用的不是“独立服务器”,而是独立的计算资源。

在服务器领域,我们开发的程序都是跑在 Linux 上的。其实我们并不需要一个独立的操作系统,只要一个能够进行资源和环境隔离的“独立空间”就好了。使用 Docker 来搭建微服务。

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通过 Docker,我们不再需要在操作系统上再跑一个操作系统,而只需要通过容器编排工具,比如 Kubernetes 或者 Docker Swarm,能够进行各个应用之间的环境和资源隔离就好了。

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