第1章 虚拟化技术的演变过程

1.1 软件模拟

软件模拟理论上可以模拟任何硬件，甚至是不存在的硬件。但是因为这种方式全部是模拟硬件，所以非常低效，一般只用于研究测试场景。采用这种技术的典型产品有Bochs、QEMU等。

1.2 虚拟化层翻译

1.2.1 全虚拟化：软件捕获翻译

全虚拟化软件有一个专门虚拟化引擎，通过虚拟化引擎捕获虚拟机的指令并进行处理，这也是为什么在虚拟机上虽然使用的是物理机一样的指令，但是虚拟机不能对硬件进行操作的原因，比如重启虚拟机不会引起宿主机的重启。这种解决方案也叫做软件全虚拟化方案，如VMware。

1.2.2 半虚拟化：改造虚拟机系统内核加虚拟化层翻译

半虚拟化软件对虚拟机的操作系统内核进行改造，使虚拟机自己对特殊的指令进行更改，然后和虚拟化层一起配合工作，这也是Xen早期一直要使用一个特殊内核的原因，并且不支持Windows系统虚拟化。改造的虚拟机虽然使用上有限制，配置比较麻烦，但是这种方式效率非常高，这种方式也被称为半虚拟化方案。

1.2.3 硬件支持的全虚拟化：硬件支持的虚拟化层翻译

2005年Intel推出了硬件的方案，对CPU指令进行改造（即VT-x），因为是基于硬件的，所以效率非常高，这种方案也称为硬件支持的全虚拟化方案。

1.3 容器虚拟化

容器虚拟化的原理是基于CGroups、Namespace等技术将进程隔离，每个进程就像一台单独的虚拟机一样，有自己被隔离出来的资源，也有自己的根目录、独立的进程编号、被隔离的内存空间。基于容器的虚拟化可以实现在单一内核上运行多个实例，因此是一个更高效率的虚拟化方式。目前最热的容器虚拟化技术就是Docker。
容器虚拟化就像一个某层大楼，如果此层作为住宅，那就需要每个房间都要有厨房、卫生间等必备设施，此时可能这层只有2-3户人家；但是如果改建成宿舍，厨房、卫生间只要各有一个就可以了，然后每个宿舍可以打隔断，很节省资源，基本可以隔出10-20个房间。

1.4 虚拟化的优势

第2章 KVM介绍

2.1 KVM简介

KVM（Kernel-based Virtual Machine）最初是由以色列的公司Qumranet开发的。KVM在2007年2月被正式合并到Linux 2.6.20核心中，成为内核源代码的一部分。2008年9月4日RedHat公司收购了Qumranet，开始在RHEL中有KVM替换Xen，第一个包含KVM的版本RHEL5.4。从RHEL6开始KVM成为默认的虚拟化引擎。KVM必须在具备Intel VT或AMD-V功能的x86平台上运行。它也被移植到S/390、PowerPC与IA-64平台上。在Linux内核3.9版中，加入了对ARM架构的支持。

2.2 KVM的架构

KVM的架构非常简单，如图所示，KVM就是内核的一个模块，用户空间通过QEMU模拟硬件提供给虚拟机使用，一台虚拟机就是一个普通的Linux进程，通过对这个进程的管理就可以完成对虚拟机的管理。

因为对进程的管理非常麻烦，RedHat发布了一个开源项目Libvirt。Libvirt有API，也有一套命令行工具，可以完成对虚拟机的管理，大多数的管理平台都是通过Libvirt来完成对KVM虚拟机的管理，比如OpenStack、CloudStack、OpenNebula等。

2.3 KVM小结

2.3.1 KVM结构特性

• 设备驱动/dev/kvm
• 针对模拟PC硬件的用户空间组件

2.3.2 KVM虚拟化特性

• 嵌入到Linux正式Kenel（提高兼容性）
• 代码级调用（提高性能）
• 虚拟机就是一个进程（内存易于管理）
• 直接支持NUMA技术（提高扩展性）
• 保持开源发展模式
• 更好的商业支持及服务保障（RedHat收购KVM后）

2.4 QEMU与KVM

QEMU是一个开源项目，实际就是一台硬件模拟器，可以模拟许多硬件，包括x86架构处理器、AMD64架构处理器等，使用的是纯软件模拟。
QEMU的好处是可以在支持的平台模拟支持的设备，缺点是非常慢。
KVM只是个内核模块，只提供CPU和内存，所以还是用QEMU模拟器模拟IO设备，如磁盘、网卡等。
KVM虚拟机=KVM内核模块 + QEMU模拟器

2.5 Libvirt与KVM

Libvirt是一套开源的虚拟化的管理工具，主要由3部分组成：一套API的lib库，支持主流的变成语言，包括C、Python、Ruby等；Libvirtd服务；命令行工具virsh。
Libvirt可以实现对虚拟机的管理，比如虚拟机的创建、启动、关闭、暂停、恢复、迁移、销毁以及虚拟机网卡、硬盘、CPU、内存等多种设备的热添加。