虛擬化與容器

2020-09-24 老王的日誌

虛擬化按目前使用的類別分類，可分為兩種，主機級別虛擬化和容器級別虛擬化

1.主機級別虛擬化

  • type-I：Hypervisor
  • type-II：OS-hosted

a.type-I

這種虛擬化，hypervisor繞過我們熟知的os內核，直接接管硬體，然後自己再虛擬出對應所需要的os內核。主要產品有VMware ESXI，如下圖左側

b.type-II

宿主機虛擬化，hypervisor層運行於宿主機os之上，通過主機os內核來進行硬體的內核調試，主要產品有VMware workstation，如上圖右側

2.容器級別虛擬化

容器虛擬化，有別於主機虛擬化，其存在宿主機os，但其與主機級別虛擬化的type-II不一樣，並非進行內核的虛擬化，而是通過namespace進行虛擬化，通過namespace的隔離，進行各程序的隔離，通過cgroups，進行資源的控制，以此來進行虛擬化。如下圖

3.namespace

linux 內核從版本 2.4.19 開始陸續引入了 namespace 的概念。當一個程序運行於主機之中時，其基本要求有，系統根文件目錄、運行pid進程號、主機名、網卡、ipc通信、程序運行用戶這六大類。

linux將以上六類進行了內核級別的虛擬化，這六大類統稱為namespace

因為centos6的內核為2.6，所以user name不支持，所以centos6天然不太支持容器，雖然可以通過升級內核來進行支持，不過建議直接使用centos7以上的系統

4.cgroups

cgroups: Linux control groups，linux為運行的任務分配cpu、ram等，當namespace為容器進行隔離之後，還需要對每個容器進行資源的使用進行控制，不能讓其搶佔其它容器的資源。

cgroups主要對以下內容進行資源控制

  • blkio:塊設備IO
  • cpu:CPU
  • cpuacct:CPU資源使用報告
  • cpuset:多處理器平臺上的cpu集合
  • devices:設備訪問
  • freezer:掛起或恢復任務
  • memory:內存用量及報告
  • perf_event:對cgroup中的任務進行統一性能測試
  • net_cls:cgroup中的任務創建的數據報文的類別標識

5.AUFS

a. AUFS的概念

AUFS：Union File System，聯合文件系統，主要功能是將位於不同物理位置的目錄合併成同一個目錄，有點類似於hadoop中hdfs的分布式存儲。

b.linux的基本文件系列

linux系統啟動，至少需要有兩種文件系統，一種是bootfs，一種是rootfs，

  • bootfs：包含 boot loader 和 kernel。用戶不會修改這個文件系統。實際上，在啟動（boot）過程完成後，整個內核都會被加載進內存，此時 bootfs 會被卸載掉從而釋放出所佔用的內存。同時也可以看出，對於同樣內核版本的不同的 Linux 發行版的 bootfs 都是一致的。
  • rootfs：包含典型的目錄結構，包括 /dev, /proc, /bin, /etc, /lib, /usr, and /tmp 等再加上要運行用戶應用所需要的所有配置文件，二進位文件和庫文件。這個文件系統在不同的Linux 發行版中是不同的。而且用戶可以對這個文件進行修改。

同一個內核版本的所有linux系統的bootfs是相同的，rootfs不同

c.docker 鏡像

在docker images中，其採用的是分層技術，基礎鏡像中的roofs會一直保持只讀模式，docker利用union mount來在這個rootfs上增加更多的只讀文件系統，最後它們看起來就像一個文件系統即容器的rootfs。

在docker的分層鏡像中，除了支持aufs之外，還支持devicemapper，因為在aufs暫時還未被收納入linux內核主幹，ubuntu14支持aufs，所以docker在ubuntu上面使用aufs，而作為比較保留的redhat系列上，docker使用的devicemapper

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    為了實現我們之前提到的那些需求，我們需要一種更為強大的虛擬化技術，容器也就隨之發展起來。Docker容器與虛擬機類似，但原理上，容器是將作業系統層虛擬化，虛擬機則是虛擬化硬體，因此容器更具有便攜性、高效地利用伺服器。
  • 關於容器和容器運行時的那些事
    為了實現我們之前提到的那些需求，我們需要一種更為強大的虛擬化技術，容器也就隨之發展起來。2.容器VS.虛機Linux的容器和虛擬機的差比我想大家都比較了解了，我這裡再簡單敘述一下：對於使用虛擬機的傳統虛擬化，每個虛擬機都有自己的完整作業系統，因此在運行內置於虛擬機的應用程式時，內存使用量可能會高於必要值，虛擬機可能會開始耗盡主機所需的資源。
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