虚拟化原理

CPU虚拟化

一个KVM(kernel-based virtual machine)虚拟机在宿主机上就是一个 qemu-kvm进程，与其他Linux进程一样被调用。 虚拟机的每个虚拟CPU则对应 qemu-kvm进程中的一个进程。 因此，虚拟CPU可以超过物理CPU的数量，叫CPU超配。

内存虚拟化

KVM通过内存虚拟化共享物理系统内存，动态分配给虚拟机。

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为了在一台机器上运行多个虚拟机，KVM需要实现VA(虚拟内存) --> PA(物理内存) --> MA(机器内存)的转换，其中虚拟机OS控制VA->PA的转换，KVM负责PA->MA的映射。

存储虚拟化

KVM的虚拟化通过存储池(Storage Pool)和卷(Volume)实现。 存储池是宿主机可见的一片存储空间，，可以分为多种类型。 卷是存储池的一块空间，卷在虚拟机眼中就是一块硬盘。 不同类型的存储池：

1. 目录类型

文件目录是最常见的存储池。 目录是一个存储池，默认是 /var/lib/libvirt/images/ 目录里的一个文件就是一个卷。

使用文件做卷的优点：

• 存储方便

• 移植性好

• 可复制

• 可远程访问

KVM支持多种卷格式：

1. raw: 默认格式，镜像什么格式，卷就是什么格式

2. qcow2: cow即写时复制(copy on write)，节省空间，支持AES加密。

3. vmdk：是VMWare 的虚拟磁盘格式，VM虚拟机可以直接在KVM上运行

4. vdi: 是VirtualBox的虚拟磁盘格式

2. 逻辑卷管理(Logical Volume Manager)类型

宿主机上的VG(Volume Group）中的LV(Logical Volume)作为虚拟磁盘分配给虚拟机使用，只能作为数据盘，不能作为启动盘，因为它没有MBR引导记录。 这种情形，主机的VG就是存储池，LV就是卷。

3. 其他类型

KVM还支持 iSCSI, Ceph等多种类型的存储池。

网络虚拟化

基本概念

假设宿主机有1块物理网卡en0, 运行着一个虚拟机VM1。那问题是如何让VM1访问外网呢？ a):将物理网卡直接分配给虚拟机，但这样会导致宿主机和其他的虚拟机没有网络连接了。 b):给虚拟机分配一个虚拟网卡vnet0, 通过Linux Bridge br0 将 en0和vnet0连接起来。这个是实际采用的方案。

Linux Bridge可以看做是物理接口和虚拟接口的转发器。

如果添加虚拟机VM2，自然也给它分配虚拟网卡vet0, 这两块虚拟网卡都通过 br0 和en0通信，并且虚拟机之前是可以直接通信的。因此br0就充当了两台虚拟机的出口网关。

1. VLAN

没有VLAN之前，连在同一交换机上的主机共享广播域，独占冲突域，相互之间可以直接通信。 VLAN 能够将一个交换机的端口划分为若干个组， 使得连接在同一组中端口的主机位于同一逻辑网络中，不同VLAN间通信需要经过三层路由。

VLAN是二层上的隔离，隔离广播指的是二层以太网广播帧，和三层的IP广播报文区别开来。

VLAN用VLAN ID 唯一标示组，范围是 [1, 4096]。 支持VLAN的交换机因而具有两种端口：access端口和trunk端口。 access口隶属某一个组，只能把access口划分给一个VLAN组，没有显式指定，默认在0号组。 trunk口允许不同的VLAN帧通过，通常是连接两个交换机的端口模式。

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eth0是宿主机的物理网卡，eth0.10是与它连接的子设备。

eth0.10就是VLAN设备，vlan id 是10。

eth0.10挂载在brvlan10的Linux Bridge上， 虚拟机VM1的虚拟网卡vnet0也挂载在 brvlan10上。

如此一来，vnet0, brvlan10 和 eth0.10 都接在VLAN10 的Access口上。而eth0充当trunk口。

如果再增加一个VLAN2

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那么VM2的三个虚拟接口都是接在VLAN 20 上的。对于新创建的虚拟机，只要为它创建一个VLAN组，并将其虚拟网卡放到这个组中，就能共享宿主机的物理网卡了。还有，一个物理网卡可以为多个虚拟网卡服务，而一个虚拟网卡则只能对应于一块物理网卡。即一对多关系。

2. Linux Bridge + VLAN = 虚拟交换机

对LVM的网络虚拟化总结：

• 物理交换机存在多个VLAN， 每个VLAN拥有多个端口。

  同一VLAN的主机可以互相通信，不同VLAN端口之间相互隔离。因此交换机包含两层功能：交换和隔离。

• Linux的VLAN设备实现的是隔离，但没有交换功能。

  一个VLAN母设备(如eth0)不能拥有两个相同VLAN id的子设备。

• Linux Bridge专门实现交换功能。

  将同一VLAN的子设备都挂载到一个Bridge上，设备(也就是两台虚拟机)之间可以交换数据。

所以，Linux Bridge + Vlan 模拟了现实的二层交换机。