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虚拟化概述

什么是虚拟化？​

虚拟化（Virtualization）是一种将物理硬件资源抽象为多个逻辑资源的技术。通过虚拟化，可以在一台物理服务器上运行多个相互隔离的虚拟机（VM），每个虚拟机都拥有独立的操作系统和应用程序。

虚拟化类型​

Type 1 - 裸金属虚拟化​

Hypervisor 直接运行在物理硬件上，无需宿主操作系统。

特点：

  • 性能接近原生硬件
  • 安全性高，攻击面小
  • 代表：VMware ESXi、Microsoft Hyper-V、Xen

Type 2 - 宿主型虚拟化​

Hypervisor 运行在宿主操作系统之上。

特点：

  • 安装部署简单
  • 依赖宿主操作系统
  • 代表：VMware Workstation、VirtualBox、Parallels

KVM/QEMU 虚拟化架构​

KVM（Kernel-based Virtual Machine）和 QEMU 是 Linux 平台下的开源虚拟化解决方案。

核心组件说明​

组件作用说明
KVM内核虚拟化模块利用 CPU 硬件虚拟化扩展（VT-x/AMD-V）实现虚拟化
QEMU设备模拟器模拟虚拟机的 I/O 设备（磁盘、网卡、显卡等）
libvirt虚拟化管理 API提供统一的虚拟机管理接口

KVM 工作原理​

虚拟机生命周期​

迁移中状态

虚拟机跨节点迁移期间会显示为「迁移中」，此时电源操作、配置修改和删除会被阻止。

状态说明​

状态说明可执行操作
创建中正在通过任务队列创建虚拟机无
关机虚拟机已停止开机、编辑、删除、克隆、重装、救援
运行虚拟机正在运行关机、强制断电、重启、重置、VNC/SPICE 连接
迁移中虚拟机正在跨节点迁移等待迁移完成

网络虚拟化​

Linux Bridge​

Linux Bridge 是传统的虚拟网络方案，将虚拟网卡桥接到物理网络。

OVS (Open vSwitch)​

OVS 是更高级的虚拟交换机，支持 OpenFlow 协议和 VLAN 隔离。

网络模式对比​

模式特点适用场景
NAT虚拟机通过 NAT 访问外网开发测试环境
Bridge虚拟机直接接入物理网络生产环境
VPC虚拟私有云，逻辑隔离多租户环境

存储虚拟化​

虚拟磁盘格式​

QCOW2 vs RAW 格式​

特性QCOW2RAW
快照支持✅ 支持❌ 不支持
磁盘压缩✅ 支持❌ 不支持
稀疏分配✅ 支持❌ 需预分配
读写性能中等高
空间效率高低

QCOW2 内部结构​

快照技术​

快照类型​

快照操作​

操作说明
创建保存当前 VM 状态（磁盘 + 可选内存）
恢复回滚到指定快照状态
删除删除单个快照
删除全部删除所有快照

虚拟机迁移​

在线迁移​

迁移类型​

类型说明停机时间
在线迁移VM 运行时迁移毫秒级
离线迁移VM 关机后迁移无
存储迁移磁盘文件迁移取决于磁盘大小

硬件直通​

PCI 直通​

优势：

  • 接近原生性能
  • 虚拟机直接访问硬件

要求：

  • CPU 支持 VT-d/AMD-Vi
  • 主板 BIOS 启用 IOMMU
  • 设备支持直通

虚拟化性能优化​

CPU 优化​

技术说明
CPU 亲和性将 VM 绑定到特定物理 CPU
NUMA 感知优化内存访问路径
CPU 拓扑模拟真实的 CPU 拓扑结构

内存优化​

技术说明
内存气球动态调整 VM 内存
KSM内核同页合并，节省内存
大页使用大页减少 TLB 缺失

I/O 优化​

技术说明
VirtIO半虚拟化 I/O 驱动
IOPS 限制磁盘 I/O 限速
磁盘缓存控制缓存策略

下一步​