云计算——ACA学习 虚拟化技术概述

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    本系列将会持续更新云计算阿里云ACA的学习，了解云计算及网络安全相关从业的基础知识，以及阿里云产品的使用部署。提升个人对云计算产品技术的理解。

    阿里云云计算助理工程师认证（ACA - Alibaba Cloud Certification Associate）是面向使用阿里云基础产品的专业技术认证，主要涉及阿里云的计算、存储、网络、云数据库、安全类的核心产品，是对学员掌握阿里云主要产品技术技能水平的全面检验和能力认证， 主要面向学生群体及开发者，也可以做为运维人员的入门证书。

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 本期简介

本期将会学习虚拟化概念，虚拟化技术分类，虚拟化类型，为大家讲解，帮助大家了解虚拟化技术的相关概念，掌握虚拟化技术的基本技能。

一.虚拟化技术概述

1.什么是虚拟化

虚拟化技术就是将物理资源虚拟化。在传统架构上一个物理机只能支持一个操作系统及上层应用，那么有了虚拟化技术，一个物理主机可以被分成多个虚拟主机，可以向上支持多个操作系统以及应用。

传统架构

虚拟化架构

2.虚拟化分类

（1）虚拟化执行层面分类

从实现的方式上划分

• 硬件虚拟化
• 软件虚拟化

1）软件虚拟化

QEMU

是一款开源的模拟器及虚拟化软件。

作为用户态模拟器，QEMU 可以模拟CPU，提供一套完整的系统环境供没有硬件系统的操作系统或程序进行运行。

作为系统态虚拟机，QEMU 也提供了硬件模拟，可以模拟一个能够运行完整操作系统并支持多个并发用户的虚拟机。

虚拟机里运行的操作系统和程序不知道自己运行在一个虚拟的环境里，以为自己运行在真实的硬件上。

通过软件模拟实现VMM层 通过纯软件的环境来模拟执行客户机的指令。

2）硬件虚拟化

 intel VT

Intel VT即Intel公司的Virtualization Technology虚拟化技术。为解决纯软件虚拟化解决方案在可靠性、安全性和性能上的不足，Intel在它的硬件产品上引入了Intel VT（Virtualization Technology，虚拟化技术）

 

硬件虚拟化技术就是指计算机硬件本身提供能力让客户机指令独立执行，而不需要VMM截取重定向。

（2）从虚拟化程度上划分

• 半虚拟化（更好）
• 全虚拟化

 1）全虚拟化

KVM

KVM是一种基于硬件的完全虚拟化解决方案，具有高效、灵活、安全等特点，适用于各种虚拟化场景和需求。

不需要对GuestOS操作系统软件的源代码做任何的修改，就可以运行在这样的VMM中。

virtio

virtio是一种I/O半虚拟化解决方案，是一套通用I/O设备虚拟化的程序，是对半虚拟化Hypervisor中的一组通用I/O设备的抽象。

可以让虚拟机（guest）更好地与宿主机（host）进行通信和交互 。

 需要对GuestOS的内核代码做一定的修改，才能够将GuestOS运行在半虚拟化的VMM中

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3.虚拟化技术层面分类

虚拟化是云计算的入门技术，从云计算资源的角度，可以分为：计算虚拟化，存储虚拟化，网络虚拟化。

（1）计算虚拟化

计算虚拟化主要包含CPU虚拟化，内存虚拟化，I/O虚拟化

1）CPU虚拟化

 计算机系统最核心的模块，翻译成二进制在CPU中运行，虚拟化技术通过软件方式模拟出假的CPU，让每个虚拟机都以为自己直接管理着真实的底层物理硬件，但实际上是由虚拟机监视器（VMM）来模拟底层硬件并处理特权指令。

确保虚拟机上的指令能被正常执行，且效率接近计算机。

2）内存虚拟化

内存虚拟化技术会在物理内存的基础上创建一个虚拟的内存层，这个虚拟内存层可以被切分成多个虚拟内存空间，每个虚拟内存空间都可以被分配给一个虚拟机。

虚拟机内存空间隔离，认为拥有独立的内存地址。

3） I/O虚拟化

I/O虚拟化，它可以在虚拟机中模拟物理设备的I/O操作，让虚拟机可以像使用物理设备一样进行输入和输出操作。

虚拟机能够访问所需的IO资源，并做隔离。

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（2）存储虚拟化

存储虚拟化主要涉及RAID,分布式存储，分布式文件系统。

1)RAID

RAID就是将多个硬盘组合在一起，让它们像一个硬盘一样工作，从而提高了数据的存储性能和可靠性。

DAID解决单块硬盘在设备不可靠问题。

2） 分布式存储

分布式存储主要由于大数据时代而生

3）分布式文件系统

分布式文件系统可以屏蔽底层存储差异

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（3）网络虚拟化

网络虚拟化主要包含了网络虚拟化和软件定义网络

四层和七层网络虚拟化主要

• 四层和七层网络虚拟化主要解耦了网络设备和租户之间的关系
• 二层和三层网络虚拟化主要解耦了服务器和交换机之间的关系

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4.虚拟化管理工具

虚拟机监控器：VMM

（1）VMM

VMM是Virtual Machine Monitor的缩写，也称为虚拟机监视器，VMM是一种实现虚拟化的关键组件，它使得在同一物理硬件上同时运行多个虚拟机成为可能，提高了硬件资源的利用率和管理效率。

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5.虚拟化技术优势

1）虚拟化优势

性价比高：虚拟化技术减少了数据中心里服务器和相关硬件数量，降低IT成本

灵活性强：动态迁移技术有效减少迁移成本，服务不中断

稳定性强：强大的安全和故障隔离机制，实现同一主机上运行多个应用程序

利用率高：避免了服务器使用的浪费，充分利用现有的服务器资源

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