我的实验随笔:Linux篇(8):计算虚拟化技术简介
现在，我们就一台服务器，上面需要跑很多应用进行实验，这些应用安装、卸载、调试过程中，容易在服务器上留下很多残留信息。我是永远不知道哪个文件夹里还藏着一个日志文件，哪个系统目录里还躺着一个没卸载干净的库文件。时间一长，服务器就像个堆满杂物的房间，越来越乱，越来越慢。我比较有洁癖，不希望在物理服务器中留下太多残渣。那怎么办？这时候，计算虚拟化技术就成了我的救星。它的核心思想特别简单——隔离。类似一个大平层，我们在这个大平层中隔出了很多房子——很多二手房东就是这么做的。隔离有两种方式。一种是“重隔离”，代表方向是虚拟机，另一种是“轻隔离”，现在比较流行的是容器，也就是大家常说的Docker。一、虚拟机
它是在物理服务器上用软件模拟出一整套虚拟硬件，包括CPU、内存、硬盘、网卡等等，然后在这套虚拟硬件上安装一个完整的操作系统。我们在虚拟机里装再多的软件、做再乱的实验，折腾得再狠，最多也就是把虚拟机自己搞崩了，对物理服务器和其他虚拟机毫发无伤。我相信，计算机系的大学生，没少在电脑上安装VMware workstation干事^_^，这个就是虚拟机。实验做完，直接把虚拟机删掉，所有残留——系统文件、环境变量、安装包、日志，全都灰飞烟灭，我们的物理服务器回归清爽。（一）虚拟机的几种方式
虚拟机主要抽象的，是硬件层面。打个比方，一个大平层，隔了很多个房间，每个房间里都有一个小卧室、小卫生间、小客厅、小厨房，等等，俨然一个小套房。它主要有三种实现方式。一种是全虚拟化，这是基于软件实现的虚拟化，它不需要修改客户操作系统，比如我们的Windows、Linux等，直接把虚拟化软件装上去就能跑，兼容性最好，但性能稍有损耗，因为虚拟机里面的系统如果需要调用物理服务器上的硬件，需要经过虚拟化软件的翻译，再给服务器上的操作系统进行调用，产生了一定的开销。经典的如VMware Workstation、微软Virtual PC，这个就是全虚拟化技术的代表。我们平时做实验对性能要求没那么极致，用起来完全够用。另一种是半虚拟化，这需要修改操作系统内核，能够让虚拟机通过指令直接调用一些硬件，从而减少了虚拟化的开销。相比全虚拟化性能更好，但兼容性差一些，Windows这种闭源系统就玩不转。经典的如Xen，这个就是半虚拟化技术的代表。随着时代发展，后面又产生了硬件辅助虚拟化这条路线，其实就是CPU直接帮忙加速，既不用改系统，性能又接近物理机，算是“全虚拟化的高性能版本”。如我们后面要安装的KVM等。随着万物互联时代的到来，虚拟化技术进一步扩展到移动终端、嵌入式和车载设备等资源受限的平台，一系列嵌入式、轻量级虚拟化被提出来，例如QNX Hypervisor、Jailhouse、Xvisor、PikeOS和OKL4等。但是这些也脱离不了上面三种，或者说全虚拟化和半虚拟化这两种的分类。我们了解一下就可以了。二、Docker
Docker，也就是容器技术，它的思路跟虚拟机完全不一样，它只是利用Linux内核的一些特性，把进程、文件、网络等资源打包起来，外面看不见里面，里面也看不见外面。Docker是对操作系统层面进行了虚拟化，每个容器看起来像一台独立的机器，但实际上所有容器共用宿主机的操作系统内核。还是以大平层举一个不恰当的例子，大平层里的隔间，不再是用砖头垒起隔开了，是而是用布帘隔离开间，大家共用卫生间、客厅、厨房等，但是还是能保证一定的私密性。这带来的好处特别明显。首先是轻量，一个虚拟机镜像动辄几个GB，而一个Docker镜像可能只有几十MB甚至更小。其次是启动快，虚拟机启动要几分钟，Docker容器几乎是秒级启动，点一下就能用。再次是数量多，一台物理服务器上跑十个虚拟机可能就有点吃力了，但跑上百个容器轻轻松松。当然，轻量也有代价。Docker的隔离性不如虚拟机那么彻底，毕竟所有容器共用同一个内核，万一哪个容器里的程序把内核搞崩溃了，整个物理服务器都得重启，所有容器跟着遭殃。而虚拟机各自有独立的内核，一个崩了不影响别的。三、回到最开始的需求
做个实验、不想留残渣，这两种方案都管用，但取舍不同：- 如果需要完整的操作系统环境，或者对隔离性要求比较高，怕某个实验把系统搞崩，那就用虚拟机，稳妥，干净，用完即删。
- 如果做的是应用级别的实验，希望快速拉起、快速销毁，而且对空间和启动速度有要求，那就用Docker，轻便，灵活，同样用完即删。
还记得环境吗？里面有一块8G显存的P4显卡。这张显卡是支持虚拟化技术的，也就是可以把一张显卡切成2张4G显存的显卡使用，也就是GPU虚拟化。如果想把这张显卡（硬件）进行切分（虚拟化），我们应该用的是啥？嗯，虚拟机后面我们会在这台服务器上同时安装KVM和Docker，两个都体验一下。另外，题目是叫计算虚拟化，后面我们又提到了GPU虚拟化，还有什么其他的虚拟化技术吗？有，比如存储虚拟化、网络虚拟化、桌面虚拟化等等。某某虚拟化，用英文来表述，常常就是software define XXX，用软件定义某某，因为虚拟化，常常是用软件来定义的，比如software define network，软件定义网络，等等，当然，这个软件定义，比如虚拟化这个概念，又扩大了一些，现在可以说，万物皆可软件定义，software define everything。这个可以写出好大一篇文章。希望我后面能把这个坑填上。
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