初识云计算————虚拟化背景

VM
虚拟机（Virtual Machine）
虚拟化背景：美国环境保护署（EPA）报告的一组有趣的统计数据就证明了其好处。EPA 研究服务器和数据中心的能源效率时发现，实际上服务器只有 5% 的时间是在工作的。在其他时间，服务器都处于 “休眠” 状态
原因：
1.有预期的冗余导致资源大量浪费
例如：当你买一台电脑时，可能只需要i5的CPU，但是为了未来可能会买i9或i7的
2.不同的服务对服务器的资源要求不同，导致资源大量闲置
例如：两台服务器，其中一台运行nginx，但是nginx只需要CPU，内存（MEM），网络IO（net），但是对磁盘（disk）要求不大，另一台运行mfs（mooseFS具有冗余容错功能的分布式文件系统），主要使用内存（MEM），网络IO（net），磁盘IO（disk），但是对CPU要求不大，所以不同的服务，对资源的要求不同，但是如果装在一起，安全性无法保证。导致资源大量闲置，浪费。

虚拟化定义
虚拟化：通过虚拟化技术，将一个物理服务器虚拟化为多个不同的逻辑服务器，在不同的逻辑服务器上运行不同的应用程序
彼此隔离，互不影响，显著提高计算机的资源利用率。

发展史：
软件模拟      》  虚拟化层翻译     》   容器级虚拟化

软件模拟虚拟化
将硬件模拟成虚拟化，在组成操作系统
效率低下，普遍用于研究

虚拟化层翻译
x86平台指令集权限划分：ring0，ring1，ring2，ring3
操作系统一般使用ring0
驱动程序使用ring1，ring2
应用程序使用ring3

VM提供虚拟化和CPU对应指令集解决方案（虚拟化引擎）
.全虚拟化，客户机认为自己运行在硬件之上，优点：不需对客户机操作系统进行修改；缺点：消耗资源大
xen公司对虚拟化内核进行改造（指令集改造）
半虚拟化，客户机知道自己是运行在虚拟机上，缺点：需要对客户机操作系统进行修改，兼容性差，需要操作系统发布时就内置半虚拟化技术；优点：消耗资源小性能好，性能优于全虚拟化。

2005 年,Intel  推出硬件解决虚拟化的方案，对 CPU 指令进行改造，即为 VT-x，VT-x 增加了两种操作模式 ：VMX root operation 和 VMX  non-root operation，VMM  运行在 VMX root operation 模式，虚拟机运行在 VMX  non-root operation 模式，这两种模式都支持 Ring 0 -3  这 4 个特权级别（相当于使用物理CPU）

I/O 通讯硬件解决方案 VT-d，网络通讯方案 VT-c
虚拟化引擎同一提供虚拟机资源供给使用
    CPU   VT-X
    MEM   直接通过影子表建立物理内存的映射关系
    DISK  通过虚拟磁盘技术直接使用
    网卡  虚拟网卡 bridge、VT-C
    显卡、USB 一些借口：VT-D 直通给虚拟机内部
寄居架构
优点：简单，便于实现
缺点：安装和运行应用程序依赖于主机操作系统对设备的支持
举例：GSX Server, VMware Server, Workstation   KVM

裸金属架构
优点：虚拟机不依赖于操作系统，可以支持多种操作系统，多种应用，更加灵 活
缺点：虚拟层内核开发难度较大
举例：VMWare 
        ESXI Server    面向企业
        VMware Workstation    面向个人、开发者