云计算底层技术虚拟化

我们熟知的VMware事实上有两个产品线，一个是VMware ESXi，直接安装在裸金属之上，不需要额外的操作系统，属于第一类虚拟化。另一个是我们普通用户更加熟知的VMware WorkStation，属于第二类虚拟化。
对于虚拟机中的操作系统，VMM需要完整模拟底层的硬件设备，包括处理器、内存、时钟、I/O设备、中断等等，换句话说，VMM用纯软件的形式“模拟”出一台计算机供虚拟机中的操作系统使用。
这种完全模拟一台计算机的技术也称为全虚拟化，这样做的好处显而易见，虚拟机中的操作系统感知不到自己是在虚拟机中，代码无需任何改动，直接可以安装。而缺点也是可以想象：完全用软件模拟，转换翻译执行，性能堪忧！
而QEMU则是完全软件层面的“模拟”，乍一看和VMware好像差不多，不过实际本质是完全不同的。VMware是将原始CPU指令序列翻译成经过处理后的CPU指令序列来执行。而QEMU则是完全模拟执行整个CPU指令集，更像是“解释执行”，两者的性能不可同日而语。
既然有全虚拟化，那与之相对的也就有半虚拟化，前面说了，由于敏感指令的关系，全虚拟化的VMM需要捕获到这些指令并完整模拟执行这个过程，实现既满足虚拟机操作系统的需要，又不至于影响到物理计算机。但说来简单，这个模拟过程实际上相当的复杂，涉及到大量底层技术，并且如此模拟费时费力。而试想一下，如果把操作系统中所有执行敏感指令的地方都改掉，改成一个接口调用（HyperCall），接口的提供方VMM实现对应处理，省去了捕获和模拟硬件流程等一大段工作，性能将获得大幅度提升
这就是半虚拟化，这项技术的代表就是Xen，一个诞生于2003年的开源项目。
这项技术一个最大的问题是：需要修改操作系统源码，做相应的适配工作。这对于像Linux这样的开源软件还能接受，充其量多了些工作量罢了。但对于Windows这样闭源的商业操作系统，修改它的代码，无异于痴人说梦
硬件辅助虚拟化 VT / AMD-v
折腾来折腾去，全都是因为x86架构的CPU天然不支持经典虚拟化模式，软件厂商不得不想出其他各种办法来在x86上实现虚拟化。
如果进一步讲，CPU本身增加对虚拟化的支持，那又会是一番怎样的情况呢软件厂商使出浑身解数来实现x86平台的虚拟化后的不久，各家处理器厂商也看到了虚拟化技术的广阔市场，纷纷推出了硬件层面上的虚拟化支持，正式助推了虚拟化技术的迅猛发展。这其中为代表的就是Intel的VT系列技术和AMD的AMD-v系列技术。
KVM-QEMU
有了硬件辅助虚拟化的加持，虚拟化技术开始呈现井喷之势。VirtualBox、Hyper-V、KVM等技术如雨后春笋般接连面世。这其中在云计算领域声名鹊起的当属开源的KVM技术了。
KVM全称for Kernel-based Virtual Machine，意为基于内核的虚拟机。
在虚拟化底层技术上，KVM和VMware后续版本一样，都是基于硬件辅助虚拟化实现。不同的是VMware作为独立的第三方软件可以安装在Linux、Windows、MacOS等多种不同的操作系统之上，而KVM作为一项虚拟化技术已经集成到Linux内核之中，可以认为Linux内核本身就是一个HyperVisor，这也是KVM名字的含义，因此该技术只能在Linux服务器上使用。
KVM技术常常搭配QEMU一起使用，称为KVM-QEMU架构。前面提到，在x86架构CPU的硬件辅助虚拟化技术诞生之前，QEMU就已经采用全套软件模拟的办法来实现虚拟化，只不过这种方案下的执行性能非常低下。

KVM本身基于硬件辅助虚拟化，仅仅实现CPU和内存的虚拟化，但一台计算机不仅仅有CPU和内存，还需要各种各样的I/O设备，不过KVM不负责这些。这个时候，QEMU就和KVM搭上了线，经过改造后的QEMU，负责外部设备的虚拟，KVM负责底层执行引擎和内存的虚拟，两者彼此互补，成为新一代云计算虚拟化方案的宠儿
容器技术-LXC & Docker
前面谈到的无论是基于翻译和模拟的全虚拟化技术、半虚拟化技术，还是有了CPU硬件加持下的全虚拟化技术，其虚拟化的目标都是一台完整的计算机，拥有底层的物理硬件、操作系统和应用程序执行的完整环境。

为了让虚拟机中的程序实现像在真实物理机器上运行“近似”的效果，背后的HyperVisor做了大量的工作，付出了“沉重”的代价。
虽然HyperVisor做了这么多，但你有没有问过虚拟机中的程序，这是它想要的吗许HyperVisor给的太多，而目标程序却说了一句：你其实可以不用这样辛苦。
确实存在这样的情况，虚拟机中的程序说：我只是想要一个单独的执行执行环境，不需要你费那么大劲去虚拟出一个完整的计算机来。
这样做的好处是什么br> 虚拟出一台计算机的成本高还是只虚拟出一个隔离的程序运行环境的成本高案很明显是前者。一台物理机可能同时虚拟出10台虚拟机就已经开始感到乏力了，但同时虚拟出100个虚拟的执行环境却还是能够从容应对，这对于资源的充分利用可是有巨大的好处。
近几年大火的容器技术正是在这样的指导思想下诞生的
不同于虚拟化技术要完整虚拟化一台计算机，容器技术更像是操作系统层面的虚拟化，它只需要虚拟出一个操作系统环境。