[OS] 计算机资源虚拟化技术

1 定义：计算机资源虚拟化

• 服务器虚拟化主要通过软件技术将物理服务器的硬件资源抽象化，创建多个独立的虚拟服务器环境。

2 虚拟化技术方向

以下是一些常见的服务器虚拟化方式和工具：

基于hypervisor的虚拟化

• Hypervisor技术: 也称为虚拟机监视器（Virtual Machine Monitor，VMM），是一种运行在物理服务器和操作系统之间的软件。

它允许多个操作系统在同一台物理服务器上同时运行。Hypervisor提供了虚拟化技术的核心功能，使得每个操作系统实例（即虚拟机）都能够独立运行，就像它们各自运行在独立的物理机器上一样。

根据Hypervisor与宿主操作系统的关系，它们可以分为两大类：

• Type-1 Hypervisor（裸机Hypervisor）：直接运行在物理硬件之上，不依赖于宿主操作系统。

这种类型的Hypervisor提供了更好的性能和资源利用率，因为它们直接控制硬件资源。

常见的实现方案有： VMware vSphere ESXi、Microsoft Hyper-V和Citrix XenServer。

• Type-2 Hypervisor（宿主型Hypervisor）：运行在宿主操作系统之上

常见的实现方案有： VMware Workstation 和 Oracle VirtualBox。

这种类型的Hypervisor通常用于个人电脑或开发环境，因为它们不需要直接访问硬件资源。

Hypervisor是现代数据中心和云计算环境中的关键技术，它们使得服务器资源的利用更加灵活和高效，同时也支持了虚拟化技术的发展。

• Hypervisor的主要功能：

1. 资源管理：Hypervisor管理着物理服务器的资源（如CPU、内存、存储和网络接口），并将其分配给各个虚拟机。
2. 隔离性：Hypervisor确保各个虚拟机之间的操作是相互隔离的，一个虚拟机的故障或安全问题不会影响到其他虚拟机。
3. 调度：Hypervisor负责CPU时间的分配，确保各个虚拟机能够公平地访问CPU资源。
4. 设备模拟：Hypervisor模拟硬件设备，使得虚拟机可以像在真实硬件上一样运行。
5. 安全性：Hypervisor提供了一个安全的环境，可以防止虚拟机之间的相互干扰。

操作系统级虚拟化

• 在操作系统层面上实现虚拟化，通过在单个操作系统【内核】中创建多个独立的用户空间实例。

这种方式的优点是资源利用率高、启动速度快，但隔离性相对较弱

常见的实现方案有： Linux容器（如Docker）和Solaris Zones等

3 虚拟化工具

常见的服务器虚拟化工具

• VMware vSphere/ESXi：企业级虚拟化平台，提供数据中心虚拟化产品和应用程序及基础架构管理工具
• Microsoft Hyper-V：作为Windows Server的组成部分，提供基于Hypervisor的服务器虚拟化技术
• Citrix XenServer：基于开源Xen系统管理程序的服务器虚拟化系统，提供接近裸机的性能
• Red Hat Virtualization (RHV)：基于KVM的虚拟化平台，适用于企业级环境
• Oracle VM：提供可伸缩、低成本的服务器虚拟化
• Proxmox VE：基于Debian的开源虚拟化平台，结合了KVM和LXC技术，提供易于使用的Web界面和丰富的管理功能
• KVM (Kernel-based Virtual Machine)：开源免费，直接集成到Linux内核，性能高效

注：支持基于JVM，虚拟化 Windows

这些工具和方式各有特点，适用于不同的场景和需求，可以根据具体的业务需求选择合适的虚拟化解决方案。

Y FAQ

Q: VirtualBox vs. VMware Workstation 的区别?

• VirtualBox和VMware是两种不同的虚拟化软件，它们之间有以下比较 :
  
  • 开源 vs 商业：VirtualBox是开源的，VMware是商业产品。
  
  • 适用场景：VirtualBox适合个人和小型企业，VMware适合大型企业和数据中心。
  
  • 性能：VMware Workstation Pro性能较高，特别在3D加速方面。
  
  • 管理功能：VMware功能更强大，VirtualBox较弱。
  
  • 限制：VirtualBox对虚拟机有一些限制，如CPU核心数等。

详情参见: 再议 VirtualBox 与 VMware 对比，VirtualBox 没有你想的那么不堪 - dev.leiyanhui.com

• VirtualBox

• 母公司: Oracle(甲骨文)
• 官网: https://www.virtualbox.org
• 下载: https://www.virtualbox.org/wiki/Downloads

• VMware

• 母公司: Broadcom(博通)
• 官网: https://www.vmware.com/ | https://broadcom.com
• 下载:

https://www.vmware.com/products/desktop-hypervisor/workstation-and-fusion

https://support.broadcom.com/group/ecx/productfiles?subFamily=VMware%20Workstation%20Pro

Q:如果按cpu模拟与否来分类虚拟化技术，可以怎么划分?

• 用代码来模拟cpu的： qemu，bochs，pcem，模拟更彻底，适合操作系统的编程和研究。

运行速度稍慢，是代码模拟cpu的必然结果，一般用户会计较速度。但对于底层编程的程序员来说，第一类适应性最广，可以在x86机型上跑出其它各种cpu，是第二类做不到的。

• 直接使用主机cpu的：vmware，virtualbox，kvm，适合跑一般软件。

至于vmware和virtualbox之间的差别，就目前当然还是vmware性能更好，细分功能更多，诸如商业服务器都是选择vmware。

X 参考文献

• Kimi GPT : hypervisor 是什么？
• Kimi GPT : 服务器虚拟化的方式和工具有哪些？
• [Linux]Vmwaer创建CENTOS7虚拟机 - 博客园/千千寰宇
• [Windows/Linux]判别服务器: 虚拟机 | 物理机 ? - 博客园/千千寰宇 【推荐】
• [Linux]Xmanager+Xshell远程管理桌面版CentOS物理服务器的桌面版CentOS虚拟机 - 博客园/千千寰宇
• Linux之安装虚拟机/虚拟操作系统[VisualBox] - 博客园/千千寰宇
• [Docker/K8S] Docker与K8S的区别 - 博客园/千千寰宇 【推荐】

虚拟化技术的发展过程 / Virtual Machines VS. Docker

• [Docker] Docker 基础教程（概念/原理/基础操作） - 博客园/千千寰宇
• [云计算] 概念辨析：云计算 [IaaS/PaaS/SaaS & 公有云/私有云/混合云] - 博客园/千千寰宇 【推荐】
• [虚拟化] K8S概述 - 博客园/千千寰宇
• 虚拟机 VMware 和 VirtualBox 哪个更好用？ - Zhihu