Virtualization基础

官方文档学习

　　https://access.redhat.com/documentation/en-US/Red_Hat_Enterprise_Linux/7/pdf/Virtualization_Getting_Started_Guide/Red_Hat_Enterprise_Linux-7-Virtualization_Getting_Started_Guide-en-US.pdf

CPU虚拟化

模拟 emulation

　　对于CPU来说，需要模拟ring 0、1、2、3

　　虚拟机内核运行在ring 1上

　　

虚拟 virtualization

　　完全虚拟化 full-virtualization

　　　　对于CPU来说，需要虚拟ring 0

　　　　虚拟机内核运行在ring -1 上

　　　　Guest认为自己直接运行在物理主机上，没有意识到自己是虚拟机

　　　　BT 二进制翻译，基于软件的方式

　　　　HVM 硬件辅助的虚拟化，基于底层硬件支持虚拟化指令集

　　半虚拟化 para-virtualization

　　　　Guest清楚的知道自己是虚拟机

　　　　如果虚拟机要运行特权指令，但这条特权指令不会影响到其它的虚拟机和物理机，则由虚拟机的内核直接调用硬件资源，减少了中间的指令转换层

　　　　如果虚拟机要运行的特权指令，会影响虚拟机和物理机，则发出hyper call，交由hypervisor调用硬件资源

Memory虚拟化

在虚拟机中

　　Shadow Page Table 实现虚拟机中逻辑地址到虚拟机物理地址的转换

　　　　MMU 将虚拟机的物理地址转换为物理主机的物理地址

　　　　GVA ---> GPA ---> HPA

　　MMU Virtualization 硬件实现,能使得虚拟机中的逻辑地址直接转换成为物理主机的物理地址

　　　　Intel EPT Extended Page Table

　　　　AMD NTP Nested Page Table

　　　　GVA ---> HPA

　　TLB Virtualization

　　　　Translation Lookaside Buffer 转换检测缓冲区是一个内存管理单元

　　　　tagged TLB

　　　　　　存储虚拟机中逻辑地址到物理机的物理地址的转化

I/O虚拟化

　　存储设备

　　　　硬盘、光盘、U盘、软盘

　　网络设备

　　　　网卡

　　显示设备

　　　　VGA

　　　　　　frame buffer机制

　　　　　　给每个驱动一个缓冲窗口，一般使用完全虚拟化

　　字符设备

　　　　键盘

　　　　　　ps/2、usb

　　　　鼠标

　　　　　　ps/2、usb

　　　　使用焦点捕获方式，将字符设备和虚拟机建立临时关联，一般使用完全虚拟化

　　I/O虚拟化方式

　　　　完全虚拟化

　　　　　　完全使用软件来模拟真实硬件

　　　　　　适用于所有的设备

　　　　半虚拟化

　　　　　　移除了虚拟机中不必要的模拟驱动使用，而是调用I/O前端驱动，I/O前端驱动和物理主机上的I/O后端驱动交互，从而直接调用物理驱动

　　　　　　通常仅适用于

　　　　　　　　磁盘、网卡

　　　　　　IO-through IO透传

　　　　　　　　让虚拟机直接使用物理设备，仍然需要hypervisor协调

　　　　　　　　需要硬件支持透传技术

　　　　　　　　　　Intel VT-d

　　　　　　　　　　　　在IO MMU层隔离各虚拟机的IO数据，避免因为集中的DMA设备管理，导致多虚拟机的IO数据混淆

　　　　　　　　　　　　并且还能完成中断映射的对应关系，明确各IO中断对应的处理虚拟机

　　　　　　　　　　　　基于北桥的硬件辅助的虚拟化技术，主要提升I/O设备可靠性、灵活性以及性能

虚拟化技术两种实现

　　Type-I

　　　　hypervisor ---> vm

　　　　Xen、RHEV、ESXi

　　Type-II

　　　　host vmm ---> vms

　　　　KVM、VMware Workstation、Virtual Box

　　　　依赖底层操作系统

KVM、Xen缺陷

　　它们都不能完整意义上的实现IO，必须通过qemu、virtio实现IO传输

虚拟化技术分类

　　模拟

　　　　PearPC

　　　　Bochs

　　　　QEMU

　　　　（模拟器）

　　完全虚拟化

　　　　native virtualization

　　　　底层硬件架构必须和虚拟机架构一致

　　　　VMware Workstation、VMware Server、Parallels Desktop、KVM、Xen（HVM）

　　半虚拟化

　　　　para-virtualization

　　　　底层硬件架构必须和虚拟机架构一致

　　　　xen、uml（user-mode linux）

　　OS级别虚拟化

　　　　OpenVZ

　　　　lxc

　　　　Solaris Containers

　　　　FreeBSD jails

　　　　（性能好）

　　库虚拟化

　　　　wine

　　　　在Linux上模拟Windows库，可以玩Windows上的游戏、软件

　　应用程序虚拟化

　　　　jvm

TUN与TAP

　　在计算机网络中，TUN与TAP是操作系统内核中的虚拟网络设备。不同于普通靠硬件网卡实现的设备，这些虚拟的网络全部用软件实现，并向运行于操作系统上的软件提供与硬件网络设备相同的功能

　　TAP等同于一个以太网设备，它操作第二层数据包如以太网数据帧

　　TUN模拟了网络层设备，操作第三层数据包比如IP数据包

　　操作系统通过TUN/TAP设备向绑定该设备的用户空间的程序发送数据。反之，用户空间的程序也可以像操作硬件网络设备那样，通过TUN/TAP设备发送数据，数据包投递至操作系统的网络栈，从而模拟外部接受数据的过程

虚拟化网络

　　nat

　　bridge

　　route

　　isolation

网桥设备管理

NetworkManager不支持桥设备管理

 chkconfig NetworkManager off
 chkconfig networ on

桥设备管理软件包安装

 yum install -y bridge-utils

编辑桥配置文件

cp ifcfg-eth0 ifcfg-br0

vim ifcfg-br0

    DEVICE=br0
    NM_CONTROLLED=no
    TYPE=Bridge
    # 下面IP、掩码、DNS直接使用原网卡的
    # 如果有mac地址最好删除掉

vim ifcfg-eth0

    # 将 IP、掩码、DNS等删除
    BRIDGE=br0

service network restart

使用brctl配置桥设备(不持久)

brctl addbr br0

brctl stp br0 on 

ifconfig eth0 0 up

brctl addif br0 eth0

ifconfig br0 IP/NETMASK up

route add default gw GW_IP