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标题: zzuli--2022级云盘算假造化技能与开发复习资料 [打印本页]
作者: 盛世宏图    时间: 2024-6-13 22:11
标题: zzuli--2022级云盘算假造化技能与开发复习资料
1.假造化和云盘算的关系

假造化和云盘算是紧密相关的概念，两者常常结合使用，但它们并不完全相同。
假造化

假造化是一种技能，它答应在一台物理服务器上创建多个假造的独立运行环境（假造机或容器），每个环境都可以运行自己的操作体系和应用程序。这种技能通过软件层（如Hypervisor或容器引擎）实现，在物理硬件上创建假造的、隔离的盘算环境。
云盘算

云盘算是一种提供盘算资源和服务的模式，它通过互联网提供各种盘算服务，包括盘算本领、存储空间、数据库、应用程序等。云盘算通过假造化技能来实现资源的池化和共享，用户可以根据需求弹性地使用这些资源，按需付费。
关系


总体而言，假造化为云盘算提供了基础架构和灵活性，使得云服务可以或许以高效、灵活和可扩展的方式提供盘算资源和服务。
  1. 1.从技术看：虚拟化是云计算的核心组成部分之一，是云计算和云存储服务得以实现的关键技术之一。
  2. 2.从软硬件角度分离来看：云计算在某种意义上剥离了软件和硬件之间的关系，虚拟化是有效分离的方法。
  3. 3.从网络服务的角度来看：云计算是一种“一切皆服务”的模式，通过该模式在网络上或云上提供服务，虚拟化层的虚拟机提供云计算服务，虚拟化层的网络提供服务。
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2.全假造化和半假造化类型特点

全假造化和半假造化是两种差别的假造化技能，它们有着一些区别和特点。
选择全假造化还是半假造化通常取决于应用场景和需求。全假造化适合需要在假造化环境中运行各种操作体系的环境，而半假造化则更适合寻求性能和服从的场景，但需要对操作体系举行修改以实现这种服从。
  1. 全虚拟化：虚拟化层模拟整个硬件环境，认为自己在完全独立的物理硬件上运行。优点：几乎支持所有操作系统，更高的隔离性和安全性，虚拟机之间相互独立。缺点：花销大。
  2. 半虚拟化：半虚拟化要求操作系统更改，使其自己意识到自己运行在虚拟环境中，允许操作系统与虚拟化层直接通信。优点：性能更高，虚拟机和虚拟化层之间通信更有效。缺点：需要修改操作系统，限制了操作系统范围。
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3.假造化从实现布局角度的分类 (Bare metal/Hosted/混淆型)

假造化从实现布局的角度可以分为三种主要类型：
1. Bare Metal 假造化（裸金属假造化）

这种假造化方式也被称为硬件级别的假造化，它在物理硬件上直接运行假造化层（Hypervisor），并在其上创建和管理多个假造机。Bare Metal 假造化的 Hypervisor 直接访问物理硬件，因此它可以提供更高的性能和服从。常见的 Bare Metal 假造化技能包括 VMware vSphere/ESXi、Microsoft Hyper-V、Xen等。
2. Hosted 假造化（托管式假造化）

Hosted 假造化需要在宿主操作体系之上安装假造化软件，这个软件称为 Hypervisor 或假造机监视器（VMM）。这个 Hypervisor 在宿主操作体系上运行，并管理假造机。相比于 Bare Metal 假造化，由于需要颠末宿主操作体系，Hosted 假造化的性能可能会轻微低沉。常见的 Hosted 假造化技能包括 VirtualBox、VMware Workstation、Parallels Desktop 等。
3. 混淆型假造化

混淆型假造化结合了 Bare Metal 和 Hosted 两种方式的特点。它可以在特定的环境下结合两种假造化方式的优势。比方，某些假造化技能可能会在宿主操作体系上运行 Hypervisor，但同时也会答应 Hypervisor 直接访问硬件资源，类似于 Bare Metal 假造化的方式。
每种假造化方式都有其自身的优势和适用场景。Bare Metal 假造化提供更高的性能和资源控制，适合于需要高性能和安全性的企业级应用。Hosted 假造化则更适用于个人用户或开发环境，由于它更易于摆设和管理。混淆型假造化则可以根据特定的需求灵活地选择合适的方式。
  1. 1.Bare mental虚拟化：原生架构，硬件资源上没有操作系统，直接由虚拟机监控器接管，负责所有资源和虚拟环境。
  2. 2.Host虚拟化：Hypevisor或VMM直接运行在宿主机的操作系统上，很多虚拟化的功能依赖于宿主机操作系统或者专门的硬件功能，性能会稍微降低。
  3. 3.混合型虚拟化：综合以上两种虚拟化的特点，VMM直接管理硬件，一部分的设备控制权会交给特权虚拟机的操作系统来管理。
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4.CPU假造化面临的题目及软硬件办理方案 (部分敏感指令捕获)

CPU假造化面临的题目之一是处理敏感指令。这些指令在假造化环境中可能会引起题目，由于它们需要对硬件举行特定的访问或操作，这与假造化的隔离性和安全性相悖。
软硬件办理方案可以帮助办理这些题目：
软件办理方案：

硬件办理方案：

在处理敏感指令的环境下，软件和硬件办理方案通常会结合使用，以确保在假造化环境中提供充足的安全性和性能。这些办理方案的选择通常取决于硬件支持、性能需求以及对安全性的特定要求。
  1. cpu虚拟化面临的问题：对一些敏感指令的捕获问题。
  2. 软件解决方案：1.指令拦截和仿真，使用VMM可以拦截指令并且对其进行仿真，以确保安全执行。
  3. 2.二进制翻译：把敏感指令翻译为等效指令序列，会增加一些开销，但安全性更高。
  4. 硬件解决方案:1.虚拟化扩展，采用现代处理器提供的一些功能，使用这些扩展使VMM高效管理虚拟化，包括对敏感指令的处理。
  5. 2.硬件辅助虚拟化：通过处理器提供的一些特定指令或硬件机制。
  6. 3.安全协助处理器：保护敏感数据和指令免受虚拟环境的干扰。
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5.intelVT-x的VMX操作模型及操作流程

Intel VT-x 是 Intel 假造化技能的一部分，它提供了硬件级别的假造化支持。VMX（Virtual Machine Extensions）是 VT-x 的一部分，定义了处理器对假造化支持的操作模型。
VMX操作模型包括以下主要部分：

VMX的操作流程涉及以下步骤：

VMX操作模型的流程使得VMM可以或许有效地管理和控制假造机的实行，同时提供了对硬件资源的安全隔离和管理。这种硬件级别的支持进步了假造化的性能和安全性。
  1. 操作模型有两种：
  2. 1.非根模式（客户机所处模式）：所有敏感指令的行为会被重新定义，使他们不经过虚拟化就直接运行或通过“陷入再模拟”的方式来处理。
  3. 2.根模式（VMM所处模式）：指令行为和传统的一样，原有软件可正常与运行。
  4. 操作流程如下：
  5. 1.VMM执行VMXON指令进入VMX操作模式（cpu处于根模式），VMM开始运行。
  6. 2.执行VMLANCH或VMRESUME指令产生VM-entry,让其从根模式转换为非根模式。
  7. 3.在客户机执行特权指令或者客户机运行发生中断或异常时，VM-Exit被触动儿陷入VMM，cpu自动从非根模式转换为根模式。
  8. 4.如果VMM决定退出，则会执行VMXOFF关闭VMX操作模式。
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6.内存假造化面临的题目及软硬件办理方案(客户机操作体系内存空间需求，三个地点映射)

内存假造化面临的题目包括：
软硬件办理方案有助于办理这些题目：
软件办理方案：

硬件办理方案：

地点映射通常包括三个层级：
这三个地点映射层级帮助实现了假造机的内存假造化，答应差别假造机在共享物理内存的同时保持隔离和安全性。软件和硬件办理方案的组合有助于办理内存假造化所面临的挑战，进步了性能和安全性。
  1. 内存虚拟化面临的问题：
  2. 1.内存隔离和保护：确保不同虚拟机之间以及虚拟机之间的相互隔离和保护，防止未经授权的访问和数据泄露。
  3. 2.内存资源管理：物理内存可以满足要分给多个客户机操作系统使用，但是内存使用效率较低。
  4. 3.需要解决虚拟地址和物理地址之间的映射。
  5. 软件解决方案：
  6. 1.页表虚拟化：在宿主机和客户机之间建立多级页表结构，将虚拟地址以映射到物理地址，满足共享物理内存，同时保持内存空间隔离。
  7. 2.内存分配管理：用VMM负责监视和管理内存的分配。动态调度资源使用。
  8. 硬件解决方案：
  9. 1.硬件辅助虚拟化：加速虚拟地址到物理地址的映射过程。
  10. 2.内存隔离技术：在物理内存里创建保护的内存区域，存储敏感数据。
  11. 三个地址映射：
  12. 虚拟机地址到客户机地址的映射：客户操作系统将客户机的物理地址转换为宿主机物理地址，以访问分配给它的物理内存。
  13. 客户机物理地址到宿主机物理地址的映射：虚拟化软件将客户机物理地址转换为宿主机物理机地址，实现内存资源的共享和管理。
  14. 宿主机物理地址到实际物理地址的映射：宿主机操作系统将宿主机物理地址转换为实际的物理地址，访问物理内存。
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7.intel EPT技能的作用及运行原理

Intel的EPT（Extended Page Tables）是一种硬件辅助假造化技能，旨在改善假造化环境下的内存管理服从和性能。
EPT 的作用：

EPT 的运行原理：

总的来说，EPT技能通过引入额外的页表层级，提供了更高效的假造地点到物理地点的映射机制。这种硬件级别的支持低沉了地点转换的软件开销，改善了假造化环境下的内存管理服从和性能。
  1. EPT技术的作用：将客户机物理地址翻译为主机物理地址，提高虚拟机性能和安全性。
  2. 运行原理：在每个虚拟机上，VMM会为该虚拟机创建一个EPT表，将虚拟地址映射到物理地址。虚拟机在访问内存时，处理器将会使用EPT表进行地址翻译，将客户机虚拟地址转换为物理地址。并将转换后的物理地址给内存控制器，完成内存访问。
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8.intelVT-d中DMA重映射技能要办理的题目及实现流程

Intel VT-d（Virtualization Technology for Directed I/O）是一种硬件级别的假造化技能，主要用于办理I/O设备（如网络适配器、图形卡等）在假造化环境中的直接内存访问（DMA）所带来的安全和隔离性题目。
DMA重映射技能要办理的题目：

DMA重映射技能的实现流程：

DMA重映射技能通过IOMMU举行硬件级别的地点重定向和管理，确保I/O设备的DMA哀求在假造化环境下可以或许安全地访问假造机分配的内存区域，同时保持差别假造机之间的隔离。这有助于进步安全性，减少因直接设备访问带来的潜伏风险。
  1. DMA重映射技术需要解决的问题：
  2. 1.设备DMA的安全问题：不同虚拟机之间的数据可能被共享或泄露。
  3. 2.隔离性问题：不同的虚拟机可能需要对同一台物理设备进行访问，但需要确保它们之间的访问是隔离的，互不干扰。
  4. 实现流程：
  5. 1.初始时会给给每个虚拟机分配并分配初始化设备。
  6. 2.VMM通过IOMMU配置，建立设备到物理内存之间的映射关系。
  7. 3.使用预选配置的映射关系，将设备的DMA请求重定向虚拟机的特定内存区域。
  8. 4.使用页表转化确定请求是被正确映射到的。
  9. 5.进行数据传输。
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9.KVM假造化软件的架构，包含的两个组件及交互，KVM架构的特点优势

KVM（Kernel-based Virtual Machine）是基于Linux内核的开源假造化办理方案，其架构包括两个主要组件，并涉及这些组件之间的交互：
KVM的架构组件：

组件之间的交互：

KVM架构的特点和优势：

总的来说，KVM作为一个基于Linux内核的假造化办理方案，具有高性能、与Linux内核紧密集成、灵活性和广泛的硬件支持等优势，在服务器假造化和云盘算领域得到广泛应用。
  1. 两个架构组件为：
  2. 1.KVM内核模块
  3. 2.QEMU
  4. 之间的交互：
  5. 1.KVM和宿主操作系统：
  6.    KVM模块运行在Linux内核中，允许宿主操作系统管理虚拟化资源和调度虚拟机。
  7. 2. KVM和QEMU：
  8.   KVM提供了虚拟化的基础设施，包括CPU虚拟化功能，而QEMU提供了模拟设备和虚拟机管理的功能。
  9.   KVM与QEMU结合使用，KVM利用QEMU的设备模拟和管理功能，实现对虚拟机的完整控制和管理。
  10. KVM的架构优势：
  11. 1.高性能
  12. 2.完整的虚拟化支持
  13. 3.灵活性
  14. 4.安全性
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10.virtio的特点和实现框架

virtio是一种用于假造化环境下的设备驱动的尺度化框架，旨在进步假造机和宿主机之间的设备I/O服从和性能。
virtio 的特点：

virtio 的实现框架：

virtio框架利用了共享内存区域和队列机制，答应客户机和宿主机之间举行高效的数据传输和通信。这种尺度化的驱动框架简化了假造设备的实现和集成，进步了假造化环境下的I/O性能和可扩展性。
  1. 特点：高性能；通用性；规范性；轻量级；
  2. 实现框架：
  3. 1.前端驱动：客户机驱动程序，将I/O请求传递给virtio设备，并将设备的响应传送回客户机。
  4. 2.后端驱动：宿主机驱动程序，1. 与前端驱动进行通信。后端驱动负责实现虚拟设备的模拟，处理前端驱动传递的I/O请求，并将结果返回给前端驱动。
  5. 3.通信通道：前后端驱动之间通过共享内存或者直接访问DMA进行驱动，与前端驱动进行通信，后端驱动负责实现虚拟设备的模拟，处理前端驱动传递的I/O请求，并将结果返回给前端驱动。
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11.V2V假造机在线迁徙的作用及KVM在线迁徙步骤

V2V（Virtual-to-Virtual）假造机在线迁徙是将一个假造化环境中的假造机从一个主机（源主机）迁徙到另一个主机（目的主机）的过程。在线迁徙的主要作用包括：
KVM（Kernel-based Virtual Machine）在线迁徙的步骤：

KVM提供了迁徙假造机的工具和机制，一样平常步骤如下：
KVM利用迁徙工具和协议（如TCP/IP）在源和目的主机之间传输假造机状态和内存内容，答应在不中断假造机服务的环境下将假造机迁徙到新的主机。这种在线迁徙技能使得动态负载平衡和故障恢复变得更加灵活和高效。
  1. 在线迁移的作用：资源优化；硬件维护；灾难恢复；
  2. KVM在线迁移步骤：
  3. 1.系统验证目标服务器的存储器和网络设置是否正确，并预留保留目标服务器虚拟机资源。
  4. 2.当虚拟机还在源服务器运转时：第一个循环内将全部内存镜像复制到目标服务器，这个过程中KVM依然会监视内存的任何变化。
  5. 3.之后的循环中，会检查上一次循环中内存是否发生了变化，若发生了变化，VMM会将发生变化的内存即脏页复制到目标服务器上，覆盖之前的内存页，VMM依然会监视内存的任何变化。
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12.qemu创建磁盘镜像、启动假造机的相关设置命令

使用QEMU创建磁盘镜像并启动假造机需要使用一些命令行工具和参数。以下是一样平常环境下的命令示例：
创建磁盘镜像

使用qemu-img工具创建磁盘镜像文件：
  1. qemu-img create -f <format> <image_name>.<extension> <size>
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其中：

比方，创建一个名为myimage.qcow2，大小为10GB的qcow2格式磁盘镜像的命令如下：
  1. qemu-img create -f qcow2 myimage.qcow2 10G
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启动假造机

使用qemu-system-*命令启动假造机，具体命令参数可能会因体系设置、硬件要求和假造机设置而异。
  1. qemu-system-<architecture> [options] <disk_image>
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其中：

比方，启动一个名为myimage.qcow2的假造机，并分配2GB内存的命令可能是：
  1. qemu-system-x86_64 -m 2048 -hda myimage.qcow2
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这只是基本示例，实际的命令参数可能因体系要求、需要安装的操作体系以及其他设置而有所差别。在实际使用中，还可能需要指定网络设置、启动引导设备等。
  1. 创建镜像设置的命令：使用qemu-img工具创建磁盘镜像文件：qemu-img create -f <format> <image_name>.<extension> <size>其中：<format>: 磁盘镜像的格式，可以是qcow2、raw等。<image_name>.<extension>: 要创建的磁盘镜像的文件名和扩展名。<size>: 磁盘镜像的大小，比方10G表现10GB。启动假造机的相关设置命令：使用`qemu-system-*`命令启动假造机，具体命令参数可能会因体系设置、硬件要求和假造机设置而异。qemu-system-<architecture> [options] <disk_image>其中：<architecture>:假造机的体系布局，如x86_64。[options]:启动假造机的参数，可以设置内存、CPU核心数等。<disk_image>:假造机的磁盘镜像文件。
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