三种主要的虚拟化架构类型
常用的虚拟化体系结构
常用的虚拟化体系结构1. 完全虚拟化（Full Virtualization）完全虚拟化是一种将整个操作系统以及其运行的应用程序都虚拟化的方法。
在完全虚拟化中，虚拟机（Virtual Machine，VM）在物理硬件上运行，并模拟出一个完整的计算环境，包括处理器、内存、存储和网络等资源。
常用的完全虚拟化软件包括VMware和VirtualBox等。
2. 半虚拟化（Para-virtualization）半虚拟化是一种相对于完全虚拟化更轻量级的虚拟化方法。
在半虚拟化中，虚拟机需要对应用程序进行修改以与虚拟化层进行通信。
这种方式减少了虚拟化层和硬件之间的开销，提高了性能。
常用的半虚拟化软件包括Xen和KVM等。
3. 化虚拟化（Containerization）化虚拟化是一种将应用程序及其依赖项隔离在独立的中的虚拟化方法。
与完全虚拟化和半虚拟化不同，化虚拟化不需要模拟整个操作系统，而是共享宿主操作系统的内核，因此更加轻量级。
常用的化虚拟化技术包括Docker和Kubernetes等。
4. 硬件辅助虚拟化（Hardware-assisted Virtualization）硬件辅助虚拟化是一种利用处理器提供的虚拟化扩展指令集来加速虚拟化性能的技术。
这些指令集可以提供更低的虚拟化开销和更高的性能。
常用的硬件辅助虚拟化技术包括Intel的VT-x和AMD的AMD-V等。
虚拟化技术在云计算、服务器虚拟化和化等领域有着广泛的应用。
选择适合的虚拟化体系结构可以根据需求和目标来确定，以提高资源利用率、简化管理和提升性能效果。
以上是常用的虚拟化体系结构的简要介绍。
在实际应用中，可根据具体情况选择适合的虚拟化技术和体系结构。
虚拟化分类及架构
虚拟化分类及架构
1、虚拟化技术分类：
全虚拟化技术：全虚拟化技术⼜叫硬件辅助虚拟化技术，最初所使⽤的虚拟化技术就是全虚拟化技术，它在虚拟机（VM）和硬件之间加了⼀个软件层--Hypervisor，或者叫做虚拟机监控器（VMM）
hypervisor 直接运⾏在物理硬件之上 - KVM
hypervisor 运⾏在另⼀个操作系统中 - QEMU和WINE
半虚拟化技术：
也叫准虚拟化技术，他就是在全虚拟化的基础上，把客户操作系统进⾏了修改，增加了⼀个专门的API，这个API可以将客户操作系统发出的指令进⾏最优化，即不需要Hypervisor耗费⼀定的资源进⾏翻译操作，因此Hypervisor的⼯作负担变得⾮常的⼩，因此整体的性能也有很⼤的提⾼。
2、虚拟化架构
寄居架构：就是在操作系统之上安装和运⾏虚拟化程序，依赖于主机操作系统对设备的⽀持和物理资源的管理；
缺点：中间操作系统及应⽤占⽤多余资源
稳定性不如裸⾦属架构，需要宿主操作系统稳定以及虚拟化⾜够稳定
裸⾦属架构：就是直接在硬件上⾯安装虚拟化软件，再在其上安装操作系统和应⽤，依赖虚拟层内核和服务器控制台进⾏管理。
三种主要的虚拟化架构类型
目前市场上各种x86 管理程序(hypervisor)的架构差异，三个最主要的架构类别包括：? I型：虚拟机直接运行在系统硬件上，创建硬件全仿真实例，被称为“裸机”。
? II型：虚拟机运行在传统上，同样创建的是硬件全仿真实例，被称为“托管”hypervisor。
? 容器：虚拟机运行在传统操作系统上，创建一个独立的虚拟化实例，指向底层托管操作系统，被称为“操作系统虚拟化”。
图1 三种主要的虚拟化架构类型上图显示了每种架构使用的高层“堆栈”，应当指出，在每种模型中，虚拟层是在不同层实现的，因此成本和效益都会不一样。
除了上面的架构类别外，知道hypervisor的基本元素也同样重要，它包括：? 虚拟机监视器(Virtual Machine Monitor，VMM)：它创建、管理和删除虚拟化硬件。
?半虚拟化(Paravirtualization)：修改软件，让它知道它运行在虚拟环境中，对于一个给定的hypervisor，这可能包括下面的一种或两种：- 内核半虚拟化：修改操作系统内核，要求客户机操作系统/hypervisor兼容性。
- 半虚拟化：修改客户机操作系统I/O驱动(、等)，如Vmware Tools，MS Integration Components。
操作系统虚拟化：容器在容器模型中，虚拟层是通过创建虚拟操作系统实例实现的，它再指向根操作系统的关键系统文件，如下图所示，这些指针驻留在操作系统容器受保护的中，提供低内存开销，因此虚拟化实例的密度很大，密度是容器架构相对于I型和II型架构的关键优势之一，每个虚拟机都要求一个完整的客户机操作系统实例。
图2 容器型虚拟化架构通过共享系统文件的优点，所有容器可能只基于根操作系统提供客户机，举一个简单的例子，一个基本的Windows Server 2003操作系统也可用于创建Windows Server 2003容器，同样，任何适用于根操作系统系统文件的补丁和更新，其子容器也会继承，提供了一个方便的维护方法。
简述虚拟化技术的分类
简述虚拟化技术的分类虚拟化技术是一种将应用、资源和环境从物理环境中剥离，再重新在虚拟环境中构建的技术。
它的主要优势是可以更高效地利用硬件资源，节约成本，减少耗材，简化服务器部署和管理运行。
根据不同的需求，虚拟化技术可以分为三大类：计算虚拟化、存储虚拟化和网络虚拟化。
1. 计算虚拟化: 指通过虚拟化技术将一个物理服务器分割为多个虚拟服务器，从而使得一个物理服务器资源可以被多个客户分享，从而极大地提高服务器利用率，降低企业服务器库房的负担。
常见的计算虚拟化技术包括：虚拟机技术（如VMware，KVM，Virtualbox等）；应用程序虚拟化技术（如Docker，OpenVZ）；容器虚拟化技术（如LXC，LXD）。
2. 存储虚拟化: 是一种把实际存储设备虚拟成抽象的虚拟存储设备，并将其统一管理，以便更好地利用存储资源，提高存储性能，降低总体成本。
常见的存储虚拟化技术包括：分布式存储虚拟化（如StorAge Networking，Storage Virtualization，Cluster Storage）；SAN（Storage Area Network）虚拟化（如Net App，IBM SAN）；NAS （Network Attached Storage）虚拟化（如EQL，HPN）。
3. 网络虚拟化: 是一种把实际网络设备虚拟成抽象的虚拟网络设备，并将其统一管理，以便更好地利用网络资源，提高网络性能，降低总体成本。
常见的网络虚拟化技术包括：虚拟化交换机（如Cisco Nexus， Juniper OS）；虚拟路由（如Brocade vRouter，Netscaler）；虚拟网络接入（如OpenVSwitch， OpenFlow）。
常用的虚拟化体系结构
常用的虚拟化体系结构1. 概述虚拟化技术在计算机领域中扮演着重要的角色，它通过将物理资源抽象为虚拟的形式，为应用程序提供更高效的运行环境。
常用的虚拟化体系结构包括硬件虚拟化、操作系统虚拟化和应用程序虚拟化等。
本文将详细介绍这些常用的虚拟化体系结构。
2. 硬件虚拟化硬件虚拟化是一种将物理计算资源（如CPU、内存、磁盘和网络等）进行抽象，使其看起来像多个独立的虚拟机实例的技术。
常用的硬件虚拟化方案有基于全虚拟化和半虚拟化的方法。
- 基于全虚拟化的硬件虚拟化：这种虚拟化方式通过在物理计算机上安装虚拟化管理程序（如VMware ESXi、Xen等），实现将物理资源虚拟化为多个虚拟机实例。
虚拟机实例可以运行不同的操作系统，彼此之间互不干扰。
全虚拟化提供了更高的隔离性和安全性，但由于需要模拟硬件设备，因此性能较差。
- 基于半虚拟化的硬件虚拟化：半虚拟化是一种改善全虚拟化性能的方法，它通过修改操作系统内核，使其能够与虚拟化管理程序直接通信，达到更高的性能。
半虚拟化的缺点是需要对操作系统进行修改，限制了可虚拟化的操作系统的选择。
3. 操作系统虚拟化操作系统虚拟化是在单个操作系统内核之上运行多个相互隔离的虚拟操作系统实例的技术。
它可以将物理计算资源划分为多个虚拟机实例，每个实例都拥有独立的操作系统环境。
常用的操作系统虚拟化方案有虚拟化和硬件辅助虚拟化等。
- 虚拟化：虚拟化是一种轻量级虚拟化技术，它利用操作系统内核的功能来实现资源的隔离和管理。
虚拟化可以在同一主机上运行多个实例，每个实例都有自己的文件系统、进程空间和网络栈等。
虚拟化相比硬件虚拟化具有更低的开销和更高的性能，但隔离性相对较弱。
- 硬件辅助虚拟化：硬件辅助虚拟化是一种借助CPU和硬件虚拟化扩展指令集实现虚拟化的技术。
与软件虚拟化相比，硬件辅助虚拟化运行在更底层的硬件层，可以提供更高的性能和效率。
常见的硬件辅助虚拟化技术有Intel的VT-x和AMD的AMD-V等。
如何选择桌面虚拟化 IDV和VDI优势对比
如何选择桌面虚拟化IDV和VDI优势对比将计算机的终端系统（也称桌面）进行虚拟化，通过任何设备、在任何地点、任何时间通过网络访问属于桌面系统，以达到桌面使用的安全性和灵活性，这便是桌面虚拟化。
如今，越来越多的企业、政府、学校等机构开始应用桌面虚拟化，以提升办公效率，降低运营成本。
那么，企事业单位在部署桌面虚拟化时，选用IDV架构好还是VDI架构好呢？01.桌面虚拟化市场的主要架构种类当今桌面虚拟化主要有两类架构，一类是传统主流的VDI（Virtual Desktop Infrastructure），即虚拟桌面基础架构；另外一类是近几年新兴的IDV （Intelligent Desktop VirtualizaTIon），即智能桌面虚拟化。
另有VOI（Virtual OS Infrastructure ）架构，虽然不完全采用虚拟桌面相关技术，但它满足了需要管理且体验效果好的局域网应用场景，在市场上也有比较高的占有率。
02.三种架构的特点03.VDI和IDV有哪些优缺点？移动性强。
不受地域限制，无论在哪里，桌面可以跟人走。
另外，支持多种终端，譬如平板、手机、PC机、笔记本电脑等。
符合现代云计算架构设计。
通过一台服务器虚拟若干个虚拟桌面实现服务器最大利用率，通过多台服务器集群化实现桌面用户可扩展性。
所有桌面数据全部存储在服务器上，服务器通常部署在数据中心。
集中管控。
一名管理员可以管控上千台云桌面。
发布桌面等复杂工作完全由机器去完成，管理员只需要下达指令即可；另外管理员可以控制桌面用户的外设接口，设置白名单或黑名单，甚至在网络畅通情况下，远程登录用户桌面解决问题。
数据安全性高。
用户端只是桌面图像接受端，而所有数据都会保存在云端。
VDI云计算基础架构有很多数。
主流的四大虚拟化架构对比分析
主流的四大虚拟化架构对比分析虚拟化技术是一种将物理计算资源划分为多个逻辑资源的技术，它可以提高硬件资源的利用率，降低成本，简化管理。
对于企业来说，选择适合自己需求的虚拟化架构非常重要。
本文将对主流的四大虚拟化架构进行对比分析，包括VMware vSphere、Microsoft Hyper-V、Citrix XenServer和KVM。
首先，我们来看一下VMware vSphere。
vSphere是目前最为流行和被广泛使用的虚拟化平台之一、它提供了丰富的功能和高度稳定性，支持多种操作系统和应用程序。
vSphere有一个成熟的生态系统，有大量的第三方软件和工具可以与之集成，可以满足不同的需求。
此外，vSphere还提供了高级的管理和监控工具，可以帮助管理员更轻松地管理虚拟化环境。
然而，vSphere需要付费许可证，这对一些小型企业来说可能是一个问题。
第二个是Microsoft Hyper-V。
作为微软的虚拟化平台，Hyper-V具有良好的集成性，可以与Windows Server和System Center等微软产品无缝配合。
Hyper-V支持广泛的操作系统和应用程序，并提供了丰富的功能。
与此同时，Hyper-V有一个庞大的用户社区，可以获取到大量的支持和资源。
另外，Hyper-V无需额外的许可证费用，对于使用Windows Server的企业来说，这是一个显著的优势。
然而，与vSphere相比，Hyper-V在一些高级功能和管理工具方面可能稍显不足。
第三个是Citrix XenServer。
XenServer是开源的虚拟化平台，它基于Xen虚拟化技术。
XenServer具有开放性和灵活性，可以与多种操作系统和应用程序兼容。
它提供了一些高级的功能，如高可用性、负载均衡和快速迁移等。
此外，XenServer还可以与Citrix的其他产品集成，如Citrix Workspace和Citrix ADC等，可以为企业提供全面的解决方案。
2024版服务器常用的三种虚拟化技术介绍
实施过程中的关键问题与解决方案
关键问题
在实施半虚拟化技术时，可能会遇到性能瓶颈、兼容性差、安全性风险等问题。这些问题可能会影响虚拟化效果 和系统稳定性。
解决方案
针对性能瓶颈问题，可以通过优化虚拟机配置、提高硬件资源利用率等方式来解决；针对兼容性差问题，可以选 择兼容性更好的半虚拟化产品或者采用其他虚拟化技术；针对安全性风险问题，需要加强安全管理、完善安全策 略等措施来保障系统安全。
不同业务场景下最佳虚拟化技术选择建议
云计算环境
在云计算环境中，KVM和VMware ESXi等全虚拟化技术是常见的选择，因为它们提供了强大 的性能、灵活的扩展性以及良好的安全性。
开发测试环境
对于开发测试环境，VirtualBox和VMware Workstation等桌面虚拟化技术可能更为合适， 因为它们易于安装和使用，并且提供了丰富的功能来满足开发测试需求。
轻量级应用部署
对于轻量级的应用部署，如Web服务器或数据库服务器，LXC等容器化技术可能是一个更好 的选择，因为它们具有较低的资源占用和快速的启动时间。
未来发展趋势预测和新技术展望
容器化技术的进一步发展
随着Docker和Kubernetes等容器化技术的广泛应用，未来容器化技术将继续发展并优化，以更好地满足各 种应用场景的需求。
虚拟化技术优势与挑战
优势
虚拟化技术可以提高硬件资源的利 用率、降低能耗、减少硬件成本、 提高业务灵活性和快速响应能力。
挑战
虚拟化技术也面临着安全性、性能 损耗、管理复杂性等方面的挑战， 需要采取相应的措施进行管理和优 化。
02
CATALOGUE
第一种虚拟化技术：全虚拟化
全虚拟化技术原理及特点
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目前市场上各种x86 管理程序(hypervisor)的架构差异，三个最主要的架构类别包括：
? I型：虚拟机直接运行在系统硬件上，创建硬件全仿真实例，被称为“裸机”。
? II型：虚拟机运行在传统操作系统上，同样创建的是硬件全仿真实例，被称为“托管”hypervisor。
? 容器：虚拟机运行在传统操作系统上，创建一个独立的虚拟化实例，指向底层托管操作系统，被称为“操作系统虚拟化”。
图 1 三种主要的虚拟化架构类型
上图显示了每种架构使用的高层软件“堆栈”，应当指出，在每种模型中，虚拟层是在不同层实现的，因此成本和效益都会不一样。
除了上面的架构类别外，知道hypervisor的基本元素也同样重要，它包括：
? 虚拟机监视器(Virtual Machine Monitor，VMM)：它创建、管理和删除虚拟化硬件。
?半虚拟化(Paravirtualization)：修改软件，让它知道它运行在虚拟环境中，对于一个给定的hypervisor，这可能包括下面的一种或两种：- 内核半虚拟化：修改操作系统内核，要求客户机操作系统
/hypervisor兼容性。
- 驱动半虚拟化：修改客户机操作系统I/O驱动(网络、存储等)，如Vmware Tools，MS Integration Components。
操作系统虚拟化：容器
在容器模型中，虚拟层是通过创建虚拟操作系统实例实现的，它再指向根操作系统的关键系统文件，如下图所示，这些指针驻留在操作系统容器受保护的内存中，提供低内存开销，因此虚拟化实例的密度很大，密度是容器架构相对于I型和II型架构的关键优势之一，每个虚拟机都要求一个完整的客户机操作系统实例。
图 2 容器型虚拟化架构
通过共享系统文件的优点，所有容器可能只基于根操作系统提供客户机，举一个简单的例子，一个基本的Windows Server 2003操作系统也可
用于创建Windows Server 2003容器，同样，任何适用于根操作系统系统文件的补丁和更新，其子容器也会继承，提供了一个方便的维护方法。
但这也可能会造成损害，根操作系统收到破坏，客户机也会跟着被破坏。
在容器内，用户可以使用特定应用程序，热修复(但不是服务包)和操作系统服务组件自定义客户机实例，对那些在多数客户机容器中会使用到的服务或应用程序，它们所需要的功能应该安装到根操作系统中，在客户机实例中使用类似于模板的方法自动获得这些功能。
在大多数情况下，容器的数量仅受宿主操作系统可用资源的限制，每个客户机可能被配置为根操作系统限制的最大硬件资源，这些可扩展的特性与客户机管理的易用性，使容器方法成为需要高虚拟机密度的应用程序很有实力的候选者，如虚拟桌面。
Parallels Virtuozzo容器是当今业界领先的操作系统虚拟化产品，
除了上述功能外，Virtuozzo提供了高可用和跨物理主机迁移客户机的功
能(假设根操作系统和补丁级别相同)，架构上，Virtuozzo实现了一个专
有的内核服务抽象层(Kernal Service Abstract Layer，KSAL)，保护宿
主操作系统文件，在可写入文件系统上保存一份安全的副本，使单独修改客户机成为可能。
与混合hypervisor(本文后面会有介绍)中的父分区类似，第一个虚拟实例是一个简单的管理容器，它提供虚拟机监视功能。
在Parallels Virtuozzo容器的最新版本中，包括在Hyper-V中嵌入Virtuozzo的支持，两者都在父分区中。
图 3 Hyper-V中嵌入Virtuozzo容器
这种实现方式虽然复杂，但它展示了Virtuozzo架构的灵活性，提供高虚拟机密度，有关Parallels Virtuozzo容器的更多信息，请参考其网站。
II型 hypervisor
II型或托管型hypervisor通过一个软件层在现有操作系统上实现硬件虚拟化，与容器架构不一样，II型客户机提供了一个完整的、独立的、无依赖的客户机操作系统副本，通常利用半虚拟化驱动网络和I/O提高客户机性能。
但由于虚拟化功能必须通过宿主操作系统，客户机的性能大大低于裸机hypervisor。
此外，还有一些高可用和企业管理功能。
由于这些原因，II型hypervisor最常用于开发/测试或桌面类应用程序。
流行的II型 hypervisor包括Vmware Workstation，Sun VirtualBox 和Microsoft Virtual Server R2，它们的功能都差不多，因为它们都不能胜任企业级工作量，因为后面我也不打算继续介绍它们。
I型hypervisor
I型或裸机hypervisor包括当今主流的企业级虚拟化产品，该类hypervisor直接运行在系统硬件上，提供了更好的客户机性能。
通过处理器虚拟化扩展增强，包括英特尔VT和AMD-V技术，I型hypervisor甚至可以超越裸机操作系统性能。
使用这一类hypervisor，有几个子类型有必要详细介绍：
? 独立型：VMware vSphere
? 混合型：Microsoft Hyper-V，Citrix XenServer和Sun xVM
? KVM：Linux KVM
I型独立型：VMware vSphere
在一个独立型hypervisor中，所有硬件虚拟化和虚拟机监视器(VMM)功能由一个单一的，紧密集成的代码集提供，这种架构与Vmware vSphere 和前几代ESX hypervisor的结构是相同的。
下图是Vmware vSphere (也称为ESX 4)的架构概述图，与一般看法相反，Vmware不是基于Linux的hypervisor，相反，ESX是由一个高度复杂的操作系统VMKernel组成的，并取得了专利权，提供所有虚拟机监控和硬件虚拟化功能。
ESX完整版提供了一个基于Linux的服务控制台，但ESXi不包含此服务控制台。
图 4 VmwarevSphere 架构
通常这种模式被称为“胖”或“瘦”hypervisor，但这种说法并不准确，虽然ESX架构经过长期发展变得更加复杂了，但Vmware在hypervisor 性能和功能方面一直保持领先的行业地位，最近实现了处理器虚拟化扩展进一步巩固了领导地位。
Vmware在客户机内需要网络和I/O驱动半虚拟化，这些驱动通常包含在Vmware Tools中。
I型混合型：Citrix XenServer，Microsoft Hyper-V和OracleVM 混合I型架构包括一个软件模型，一个“瘦”hypervisor联合一个父分区提供硬件虚拟化，它提供了虚拟机监视功能，这类模型主要包括微软的Hyper-V和基于Xen的hypervisor，如Citrix XenServer和OracleVM。
图 5 I型混合型hypervisor
父分区也叫做Dom0，它通常是一个运行在本地的完整操作系统虚拟机，并具有根权限，例如，开启Xen在Novell SUSE Linux Enterprise Server(SLES)上执行的Dom0将作为一个完整的SLES实例执行，提供虚拟机(VM)创建、修改、删除和其它类似配置任务的管理层，系统启动时，开启Xen的内核载入父分区，以VMM权限运行，作为VM管理的接口，管理
I/O堆栈。
与Vmware类似，所有混合型产品都为客户机提供了半虚拟化驱动，
从而提高网络和I/O性能，不实现半虚拟化驱动的客户机必须遍历父分区的I/O堆栈，因此客户机的性能会下降。
操作系统半虚拟化技术正变得越来越流行，以达到最佳的客户机性能，并改进跨hypervisor的互操作性。
例如，Microsoft Hyper-V/Windows Server 2008 R2为Windows Server 2008和SUSE Enterprise Linux客户机提供完整的操作系统半虚拟化支持。
虽然操作系统半虚拟化是操作系统发展的一种趋势，但应当指出的是操作系统半虚拟化目前还不是混合模型的一个要求，部分供应商，如VirtualIron(Sun/Oracle)，的目标是SMB级负载，使用全硬件虚拟化实
现可接受的客户机性能。
混合型架构起源于Xen项目，在性价比方面有很
多供应商可供选择，这都得益于开源社区(Xen)的贡献，它能够很好地适
应半虚拟化操作系统的未来发展。
I型组合型：基于Linux的内核虚拟机(KVM)
基于Linux的内核虚拟机(KVM)hypervisor模型提供了一个独一无二
的I型架构，它不是在裸机上执行hypervisor，KVM利用开源Linux(包括RHEL，SUSE，Ubuntu等)作为基础操作系统，提供一个集成到内核的模块(叫做KVM)实现硬件虚拟化，KVM模块在用户模式下执行(与独立型和混合型hypervisor不一样，它们都运行在内核/根模式下)，但可以让虚拟机在内核级权限使用一个新的指令执行上下文，叫做客户机模式。
图 6 I型组合型架构
KVM使用一个经过修改的开源QEMU硬件仿真包提供完整的硬件虚拟化，这意味着客户机操作系统不需要操作系统半虚拟化，与Vmware类似，Linux KVM充分利用VirtIO作为实现IO半虚拟化的框架，它利用内置在内核
/QEMU中的用户模式VirtIO驱动增强性能。
KVM现在已经成为很多Linux
发行版的标准模块，包括但不限于Red Hat Enterprise Linux和SUSE Linux
Enterprise Server，以及桌面类Linux，如Ubuntu，KVM现在已经成为一个流行的hypervisor。