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虚拟化技术：计算虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化。
一、计算虚拟化介绍
- 计算虚拟化的分类及作用
1、 CPU虚拟化：保障CPU资源的合理调度以及VM上的指令能够正常高效的运行。
2、 内存虚拟化：保障内存空间的合理分配、管理、隔离以及高效可靠的使用。
3、 I/O虚拟化：保障VM的IO操作隔离与正常高效地执行。
- 常见的计算服务架构
虚拟化只是底层硬件与上层OS/app解耦，提供可灵活分配地技术资源池地底层技术。要想实现虚拟机的创建与管理，需要与其他组件(镜像、调度、存储、网络等)协同工作才能完成，并提供完整的计算服务。
- OpenStack Nova(开源)
开源的云平台，通过不同同组件提供计算、存储、网络、数据库等多种云服务。其中计算服务由Nova组件提供，通过nova-API与其他组件通信，通过nova-compute对接不同的虚拟层提供计算虚拟化服务
Nova架构：
- 阿里云ECS架构(厂商私有)
云服务器ECS是阿里云提供的基于KVM虚拟化(上一节提到的全虚拟化<=>混合虚拟化)的弹性计算服务，建立在阿里云飞天(Apsara)分布式操作系统上，实现计算资源的即开即用和弹性伸缩。
请求的主要调用流程：OpenAPI --> 业务层 --> 控制系统 --> 宿主机服务。
- 腾讯云CVM架构
云服务器CVM(Cloud Virtual Machine)是腾讯提供的基于KVM虚拟化的弹性计算服务，建立在腾讯云分布式资源管理调度系统vStation上(有自己的分布式系统)。
请求调用流程为：API Server --> vStation --> 服务器集群。
二、CPU虚拟化
在物理机(宿主机)中通过进程或线程这种纯软件的方式模拟出假的CPU。
通过CPU虚拟化可以将一个物理CPU发给不同的虚拟机使用，但物理CPU核数要大于虚拟CPU总核数，因为虚拟出来的每颗CPU实际上就是一个线程或进程，虚拟CPU过多时，需要进行线程/进程的切换，浪费时间。
- CPU虚拟化的计算
总资源 = 服务器CPU个数 * 单个CPU的核数kernel * 线程(超线程为2，单线程为1，一般为超线程)
eg. 某个服务器有四个主频为3.0GHz的CPU，每个CPU四核，超线程。
∴ 服务器总共可以虚拟出来的VCPU = 4 * 4 * 2 = 32个；
∴ 总资源为 32 * 3.0GHz = 96GHz。
一般多个虚拟机之间可以复用一个物理CPU，因此单台服务器上的虚拟机可以使用的VCPU大于总的VCPU数量。
- CPU Qos(服务质量)
CPU服务质量，用来控制虚拟机使用CPU资源的大小。
主要分为三类：份额、预留、限额。
(1) CPU资源限额：控制虚拟机占用物理资源使用的上限；
(2) CPU资源份额：定义了多台虚拟机在竞争物理CPU资源时，需要按比例分配计算资源；
(3) CPU预留资源：定义了多台虚拟机在竞争物理CPU时，每台虚拟机最低分配的计算资源。
在分配时，最先看预留，再看份额，最后看限额。
eg. 一个2.8GHz的单物理机，三台VM：A、B、C，份额分别是：1000、2000、4000，预留为：700MHz、0MHz、0MHz。思考：满CPU运行时每台资源。
解：先看预留：A有预留700MHz，B、C没有预留
∴ A = 700MHz；
再看份额，由于A有预留，已经分配，因此不看A，剩下B、C比例为2 : 4 = 1 : 2；
∴ B = (2.8GHz - 700MHz) * (1/3) = 700MHz;
C = (2.8GHz - 700MHz) * (2/3) = 1.4GHz;
- NUMA(Non Uniform Memory Access Architecture)
非统一内存访问体系结构，提高物理服务器性能的一种技术。
原理：将物理服务器的CPU和内存资源分到多个node上，由于node内部可以独立工作，node内的内存访问效率最高。NUMA则保证了一个VM上的VCPU尽量分配到同一个node中的物理CPU上，如果一台VM的VCPU跨node访问内存的话，访问的延时会增加。
保证VM1只占用CPU1，而不会占用CPU1的一部分再占用CPU2的一部分。
三、内存虚拟化
目标：保障内存空间合理分配、管理以及隔离、高效地运行。
内存虚拟化抽象了物理内存(32位机寻址空间2^32，64位机寻址空间2^64)。底层有机制将虚拟地址根据页表映射成相应的物理地址。
- 内存虚拟化类型
1、全虚拟化 <==> 影子页表技术SPT(Shadow Page Table)
为每个VM维护一个SPT，记录虚拟化内存与物理地址内存的映射关系。VMM将SPT提交给CPU的内存管理单元MMU(地址转换单元)进行地址转换，VM的页表无需改动。
VM的页表固定，分配的物理内存也固定。
2、半虚拟化 <==> 页表写入法
为每个VM创建一个页表并向VMM注册。VM运行过程中VMM不断管理和维护该页表，确保VM能直接访问到合适的地址。
VM页表不固定，可动态修改，也可动态伸缩(物理内存不够可再分配，然后修改VM页表)。
3、硬件辅助内存虚拟化 <==> Intel扩展页表EPT(Extend Page Table) 和 AMD嵌入页表NPT(Nested Page Table)全虚拟化和半虚拟化都增加了一个页表，相当于增加了一个中间商，效率不高
EPT/NPT是MMU的一个扩展，CPU硬件的一个特性(自带的，嵌入了CPU)，通过硬件方式实现GuestOs物理内存 --> HostOS物理内存的地址转换，比上述开销低、性能高。
- 内存复用
在服务器物理内存一定的情况下，通过综合运用内存复用单项技术(内存气泡、内存共享、内存交换)对内存进行分时复用。
通过内存复用，使得虚拟机内存规格总和大于服务器内存规格总和，提高服务器中虚拟机密度。(逻辑意义上6G --> 9G)
内存复用Qos：
(1) 内存预留：VM预留最低的物理内存；
(2) 内存份额：适用资源复用场景，按比例分配内存资源。
常见内存复用技术：
1、内存气泡
虚拟化层将较空闲的VM内存，分配给内存使用较高的虚拟机，提高物理内存利用率。但所有VM使用的分配内存总量不能超过该服务器的物理内存总量。
内存的回收和分配由虚拟化层实现，虚拟机上的应用无感知。
2、内存交换
将外部存储虚拟成内存给VM使用(其中存储的是不常用的)，将VM上长时间未访问的数据存放到外部存储上，建立映射关系。VM再次访问这些数据时，通过映射关系再与内存上的数据进行交换。
3、内存共享
VM对共用的内存(共享数据内容为0的内存页)做只读操作，当有写操作时，运用写时复制(开辟另一块空间，并修改映射)。
eg. 两台VM中有1/3的信息是一样的，就用共享内存，其余2/3不一样的存放在自己的内存中。
内存复用eg. 物理内存6G，部署三台虚拟机，未开启内存复用时，每台VM只各分配了2G内存(1:1:1分配)，开启内存虚拟化，通过内存复用可将物理的6G变成逻辑上的9G，这样每台虚拟内存3G(多出来的1G是通过气泡(空闲)、交换(外存)、共享(相同的)虚拟出来的)。
四、I/O虚拟化
目标：保障虚拟机的IO操作隔离与正常高效的运行。
假设大部分计算服务都迁移到了虚拟化环境中(好处：资源共享且减少开销)，而虚拟机要访问外围设备(磁盘、网络等，且即使在非虚拟化环境中访问外围设备也需要技术–>应用程序使用系统调用)，因此到达虚拟机层面，要达到硬件的访问速度很困难，如何处理虚拟化IO呢？
方法：
(1) 全虚拟化：通过软件模拟的形式模拟IO设备(性能不高)；
(2) 半虚拟化：由Hypervisor提供资源调用接口。VM通过特定的调用接口与Hypervisor通信，完成获取完整IO资源控制操作(需要修改内核以及驱动程序，存在移植性和适应性问题，导致其使用受限。即只能在当前环境中运行。但性能高)；
(3) 硬件辅助虚拟化(I/O直通技术)：通过硬件辅助，使虚拟机不用通过VMM直接访问物理设备。
–>常用SR-IOV(Single Root I/O Virtualization)单根I/O虚拟化标准。该技术可以直接虚拟出128~512个网卡，让虚拟机都拿到一块独立的网卡，直接使用I/O资源。
- I/O环
非密集I/O：1s都的次数很少；
密集I/O：1s读的次数多但每次读的内容少(宽度小)。
I/O环适配功能主要用来提升大块(44K以上)多队列(32队列深度以上)类型的IO密集型业务中I/O的性能(就是将存储设备资源利用率提高)。
用户可以通过开启I/O环适配功能，提升I/O性能。
五、常见集群策略
集群(cluster)：计算机系统，通过一组计算机或服务器的软硬件连接起来，高度紧密地协作完成计算工作。
在客户端看来只有一台设备为其提供服务，但实际上它是一群设备地集合，只不过他们提供的服务一样。
好处：集群中单个计算机称为节点，通过局域网连接，利用多个计算机进行并行计算，获得很高的计算速度；也可以用用多个计算机做备份，提高可靠性。
- 虚拟机的HA机制
HA(High Availability)：高可用性。一种让服务中断尽可能少的技术。将多台主机组建成一个故障转移集群，运行在集群上的服务(or VM)不会因为单台主机的故障而停止。
好处：提升故障恢复速度(秒级)，降低业务中断时间，保证业务连续性，实现一定的系统自维护。
- 动态资源调度(DRS)
DRS(Dynamic Resource Scheduling)动态资源调度：根据对资源池资源负载的动态监控，合理触发均匀分配规则，实现资源池中的物理服务器之间重新分配虚拟机的目的。–> 负载均衡，削峰填谷
当前物理服务器上负载过大时，通过DRS将虚拟机迁移到其他负载较轻的物理服务器上；当虚拟机负载过大使，DRS将为资源池中的物理服务器重新分配虚拟机可使用的资源，在多个虚拟机之间智能地分配可用资源。
- 分布式电源管理(DPM)
DPM(Distributed Power Management)：分布式电源管理，用于业务较轻(负载较小)时，将虚拟机动态“集中”到集群中的少部分主机上，将其他主机待机，节省电力消耗，等到业务量(负载)较大时，再重新唤醒之前待机的主机。
执行DPM策略的前提是开启DRS策略。DMP策略依赖DRS进行虚拟机的转移。
- 集成存储器控制器(IMC)
IMC(Intergrated Memory Controller)：集成存储器控制器。设置IMC策略，使虚拟机可以在不同CPU类型的主机之间进行切换，确保主机向虚拟机提供相同的CPU功能集。即使主机的实际CPU不同，也不会因为兼容性迁移失败。
不建议开启IMC，最好将相同的CPU放在一个集群里。
六、华为FusionCompute
FusionCompute是华为云操作系统(FusionSphere)的一款基础软件，主要负责底层硬件资源(计算、存储、网络)的虚拟化。通过统一的接口，对虚拟出来的资源进行集中的调度和管理，从而降低业务的运行成本，保证系统的安全性和可靠性。
组成：
(1) 计算节点代理CNA(Computing Node Agent)：其中包含VNA(Virtual Node Agent)虚拟节点代理，VNA主要负责计算、存储、网络虚拟化的配置以及管理。CNA相当于安装在物理服务器上的OS，主要提供虚拟计算功能，管理计算节点上的虚拟机，管理计算节点上的计算、存储、网络资源。
(2) 虚拟资源管理器VRM(Virtual Resource Manager)：FC的管理单元，一般安装在虚拟机上，也可以以ISO(镜像)方式安装在物理服务器上，主要提供对资源的集中管理，并提供统一的维护操作接口。
CNA一般只有一个，VRM可以是多个。即CNA虚拟出来资源，VRM管理资源。文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-763680.html
- 架构
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