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虚拟化与容器

虚拟化通过对硬件进行抽象，允许在单台物理机器上并发运行多个操作系统。

虚拟化类型​

全虚拟化 (Full Virtualization)​

客户机操作系统 (Guest OS) 并不知道自己运行在虚拟机中。管理程序 (Hypervisor) 拦截并模拟所有特权指令。

  • 例子：VMware, VirtualBox。

半虚拟化 (Para-virtualization)​

对客户机操作系统进行修改，使其意识到自己运行在虚拟环境中。它向管理程序发起特殊的系统调用（超调用/hypercalls），而不是尝试直接执行特权指令。

  • 例子：Xen (早期版本)。

管理程序 (Hypervisor / VMM)​

虚拟机监视器 (Virtual Machine Monitor, VMM)，或称为管理程序 (Hypervisor)，是用于管理和隔离虚拟机 (VM) 的软件。

  • 第 1 型 (裸机型/Bare Metal)：直接运行在硬件上（例如 Xen, VMware ESXi）。
  • 第 2 型 (托管型/Hosted)：作为应用程序运行在宿主操作系统之上（例如 KVM, VirtualBox）。

容器 (Containers)​

容器通过共享宿主机的内核，同时隔离用户空间，提供了一种更轻量级的隔离形式。

容器的核心 Linux 技术​

  • 命名空间 (Namespaces)：提供进程隔离（例如 PID、网络、挂载）。每个容器都有自己独立的系统视图。
  • 控制组 (Cgroups/Control Groups)：限制和监控资源使用情况（例如 CPU、内存、磁盘 I/O）。
  • 联合文件系统 (Union File System / UnionFS)：允许将多个目录合并为一个单一的文件系统视图（例如 OverlayFS）。
特性虚拟机 (VM)容器 (Container)
隔离性硬件级（强隔离）进程级（中等隔离）
客户机 OS每个 VM 都有完整的 OS共享宿主机内核
启动时间分钟级秒级
资源消耗高（完整的 OS 开销）低（资源共享）

Docker 与编排​

  • Docker：最流行的用于构建、分发和运行容器化应用程序的平台。
  • Kubernetes (K8s)：一个用于在机器集群中管理大规模容器部署的编排平台。