Linux虚拟化技术(第49天)

操作系统原理

系统调用：操作系统提供的调用接口
库：库是对系统调用的封装

用户态和内核态

x86指令分4层：ring0，ring1，ring2， ring3


MMU：内存管理单元，主要用于内存分页
寄存器：cpu内部保持数据的元器件


cpu缓存：一级缓存，二级缓存，三级缓存


IO设备：包括控制器和设备
控制器：集成在主板上的芯片
驱动程序：通常由设备生产商提供
每个控制器都集成少量的用于通信的寄存器：内核调用驱动程序进行读写操作，驱动程序会操作控制器对设备进行读写。


IO端口空间：所有IO设备的控制器上的寄存器集合，每一个寄存器表现为一个IO端口，被映射到内存中，每一个IO端口的都有一个独立的地址


中断：主板上的可编程中断控制器
中断号：IO设备的控制器在系统启动时要向中断控制器注册一个中断号，当IO设备有读写请求时，向中断控制器发出中断请求，中断控制器通知CPU，CPU发起中断切换。

中断分为中断上部，中断下部。
中断上部：将IO设备缓存中的内容copy到内核内存中

DMA：直接内存访问，完成中断上部。


虚拟地址

物理地址


虚拟化技术：
将计算机资源分割

cpu的虚拟化的技术：模拟和虚拟
模拟：软件模拟，emulation，宿主机架构和guest架构可以不一样，必须模拟出来ring0， ring1， ring2，ring3

虚拟：virtualization，guest并不知自己运行于虚拟机中，必须模拟出来一个特权环境，各guest内核运行于宿主机的ring1，当guest主机运行特权指令时候可以进行二进制翻译，把指令翻译为宿主机的特权指令运行之。


HVM：硬件辅助虚拟化技术：intel vt技术
宿主机运行于ring-1级，各guest用户态进程运行于ring3， guest内核态运行于ring0。


半虚拟化技术：para-virtualization
在硬件上运行hypervisor，也就是vm monitor，hypervisor直接管理硬件，hypervisor虚拟一层hyper call， 各guest的内核进程可以直接调用hyper call。各guest的内核必须做相应的调整，才能适配对hyper call的调用，所以guest是知道hyper call的存在的



Memory的虚拟：

intel EPT技术：extended page table，MMU的虚拟化


TLB的虚拟化：tagged TLB



IO设备虚拟化：模拟，半虚拟化，IO-through（IO透传）

模拟：完全使用软件来模拟真实硬件
半虚拟化：
IO-through：guest直接使用硬件




主机虚拟化的实现方式：type-I  type-II
type-I：硬件上安装hypervisor，hypervisor安装各个guest：
    xen
    vmware ESX
    
type-II：硬件上装一个宿主机，宿主机装虚拟化软件，通过虚拟化软件创建管理各guest
    virtualbox
    kvm
    vmware workstation



Intel硬件辅助的虚拟化：
CPU：vt-x， EPT， targged TLB
IO/CPU：vt-d， vt-x， IOV


模拟：QEMU, virtio



虚拟化技术分类：
模拟：纯软件模拟，guest的内核不需要任何修改
    著名模拟器有：PearPC， Bochs， QEMU

完全虚拟化：native virtualization ，两种加速方式：BT（二进制翻译）和HVM
    实现有vmware workstation， VMware Server， Parallels Desktop，KVM，Xen（HVM）

半虚拟化：para-virtualization
在硬件上运行hypervisor，guest内核要做修改才能调用hypervisor call
    实现有xen， uml（user-mode linux）

OS级别虚拟化：虚拟出多个用户空间，多个用户空间共用同一个内核，一般这些用户空间里运行应用程序，比如httpd，mysqld等
    OpenVZ，lxc， docker，Solaris Containers， freebsd jails


库虚拟化：
    wine（在linux，macOS平台上虚拟windws类库）


应用程序虚拟化：
    jvm， pvm（python vm）



虚拟化网络：软件定义的网络，有桥接，仅主机，地址转换
桥接：宿主机网卡工作于混杂模式，就相当于交换机，宿主机之上的各个guest连接至宿主机的网卡上（因为该网卡已经相当于交换机了）。虚拟出一张网卡接收属于宿主机自己的流量

仅主机：纯软件虚拟出一个交换机，各个guest连接到该虚拟交换机。比如vmware workstation安装后创建的VMnet1

地址转换（nat）：软件虚拟出一个交换机，各个guest连接到该虚拟交换机。guest向外通信时将数据包的源地址转换为宿主机的源地址，外部主机发送数据包响应guest时，数据包到达时，数据包的目标地址转换为相应的guest的地址。比如vmware workstation创建的的VMnet8 


yum install bridge-utils   安装 bridge-utils，桥网络管理工具
brctl  --help                      查看使用帮助


linux上的虚拟机操作系统 要使用桥接模式时，做法如下：
brctl addbr br0   添加交换机br0 
ifconfig eth0 0 up   把eth0的ip地址清空
brctl addif br0 eth0  把eth0和br0设备连接
ifconfig br0  172.16.100.8/16 up   为br0设置原eth0的ip地址
route add default gw 172.16.0.1  为br0设置网关
brctl show   查看所有交换机 











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