云容器的虚拟化和迁移技术,什么是基于容器的虚拟化

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云容器的虚拟化和迁移技术,什么是基于容器的

虚拟化

云容器的虚拟化和迁移技术

什么是容器环境中基于容器的虚拟化？它需要首先安装主机操作系统容器层(与LXC 或

libcontainer 相比)，然后安装主机操作系统(通过 Linux 变体)。安装容器层系统后，计算资源被

分配给容器实例和企业应用程序部署容器。每个容器应用程序共享相同的操作系统(单主机操

作系统)。与虚拟机容器相比，它具有更高的资源利用效率。

什么是基于容器的虚拟化

对于容器环境，首先需要安装主机操作系统，然后需要在主机操作系统(通常是 Linux 变

体)上安装容器层(例如 LXC 或libcontainer) 安装容器层后，可以从系统的可用计算资源中分配

容器实例，并且可以在容器中部署企业应用程序然而，尽管容器技术和虚拟化技术各有不同，

云计算的基石是虚拟化技术从观察的角度来看，虚拟化技术和容器技术分别代表了两个不同的

方向。虚拟化技术从上到下看，而容器技术从下到上看。由于 Docker 的原因，马克·舒托沃尔

斯在十多年前就启动了 Ubuntu inux 项目，现在他负责提供 Ubuntu 支持服务的 Canonical 公司

的战略和用户体验。他认为新一轮服务器虚拟化不同于前一轮。在他的指导下，像其他 Linux

组织一样，在其发布版本中，交换可以在广泛的环境中进行虚拟化，但是为了在虚拟化容器之

间迁移交换实例，微软增加了一个特殊的支持指南。在交换服务器 2003 SP2 之前，交换未经

认证，不能在虚拟化环境中运行微软交换只为虚拟交换版本提供技术支持容器技术作为一种

全新的应用部署方式，在短时间内受到了广泛关注，但这种技术也有一定的局限性，与虚拟机

有本质的不同。虚拟化技术改变了现代计算方法，可以提高系统资源使用效率，消除应用程

序，

什么是基于容器的虚拟化

什么是容器环境中基于容器的虚拟化？它需要首先安装主机操作系统容器层(与LXC 或

libcontainer 相比)，然后安装主机操作系统(通过 Linux 变体)。安装容器层系统后，计算资源被

分配给容器实例和企业应用程序部署容器。每个容器应用程序共享相同的操作系统(单主机操

作系统)。与虚拟机容器相比，它具有更高的资源利用效率。

什么是基于容器的虚拟化

云容器的虚拟化和迁移技术范文

第二章容器的虚拟化和迁移技术 2.1 云计算技术

20 世纪以来，随着人们对计算能力的巨大需求，云计算技术迅猛发展。云计算就是把计算资源

定义为基础 IT 设施，用户可以根据自己的需要去购买这些计算资源，是分布式计算、并行计

算和网格计算发展到一定程度的产物。云计算概念的落地则是通过一个庞大的高性能服务器集

群组成的数据中心来实现。对于这么庞大的数据中心，需要有很多的平台和系统去充分利用好

这些计算资源，从而衍生出了很多像 Hadoop、Spark 这样的基础架构和计算平台。

Spark 技术在 Hadoop 技术的基础之上做了很多改进。

Hadoop 技术有三个核心组件，分别是 HDFS、YARN 和Map Reduce.

HDFS 是一种分布式的文件系统，它很好的把数据分割成一个或多个块，存储在服务器集群的

各个节点上。

YARN 是一个集群管理和调度软件，负责运行用户提交的应用程序。

Map Reduce 定义了集群上数据处理的基本操作，它把原始数据进行批量操作之后，转换成另

一批数据。对于量非常大的数据来说，其内部算法可以很快的处理这些数据，并返回结果。

而随着 Spark 这类云平台技术的逐渐成熟，越来越多的相关技术被重视起来，Docker 容器技术

就是代表性的技术之一。用户发布的应用程序很大概率上会依托特定的运行环境，如果应用发

布到其他环境中，很有可能运行失败。

Docker 容器技术则可以把应用程序和环境打包成容器在云平台上运行，这可以极大的提高开发

和运维的效率。

2.2 容器虚拟化技术

容器技术就是一种应用容器引擎，用户可以选择打包他们的任务和相关的依赖到一个可迁移的

容器中，然后发布到用户的服务器集群上，就可以实现轻量级部署。例如 Docker 容器，其采

用的是沙箱[22]的模式，容器与容器之间是处于隔离状态的，其通信由容器的守护进程去完

成。所以启动一个容器是非常迅速的，可以很方便的部署在物理服务器集群之中。另外，他们

不依赖于系统，虽然Linux 容器发展的更为成熟，Windows 容器也开始利用用户基础开始流

行。

Docker 容器是 Linux 容器的一种具体的实现，它完美的解决传统虚拟化的太过重量级的缺陷，

使得部署更灵活。

2.2.1 传统虚拟技术

虚拟化是一种来源已久的方法，从根本上来说，是从实际的物理资源利用效率较低的情况出

发，从逻辑的角度来对物理资源进行了重新的分配。是对实际物理资源的一种逻辑上[23]的抽

象。而从用户的角度出发，虚拟化技术可以分离软件跟硬件，而这一切对用户是透明的。

用户不用关心虚拟化的具体实现，而只需在虚拟出来的环境中运行自己的计算任务。当这些计

算任务在执行的时候，看起来是和物理机上跑任务的效果相同，因为这种虚拟大多是操作系统

级别的虚拟化，看起来跟真机无异。

VM 是虚拟化技术[24]的具体实现。此外，为了管理虚拟机，必需设置一个 VMM.VMM 的作用

是为每个虚拟机分配一部分内存空间来存储它们的状态数据。比如虚拟处理器的寄存器信息，

内存的使用百分比数据[25],虚拟设备的状态等等。

VMM 调度虚拟机时，会把其中一部分的状态数据存储到主机系统中。主机处理器直接运行虚

拟操作系统的机器指令。虚拟化技术在很多层面都有应用，例如服务器虚拟化、存储虚拟化、

网络虚拟化[26],其中，服务器虚拟化与常用的云平台架构关系最为密切。传统的虚拟架构如图

2.1 所示。

图2.1 展示传统的虚拟技术架构。服务器一般指代物理的机器架构。可以是个人的电脑，也可

以是数据中心的服务器，或是云中心的主机这类基础设施。在服务器之上搭载的是主机的操作

系统，也是配套的操作系统，一般云服务器集群采用的是 Linux 操作系统。再往上则是虚拟机

管理系统，负责对不同的虚拟机的管理。

服务器虚拟化根据虚拟机管理系统的功能不同，分为三种，完全虚拟化、半虚拟化和操作系统

层虚拟化。这三种虚拟化方式的代表性产品分别是 KVM、Hyper-V 和VM Workstation.

（1）完全虚拟化这种级别的虚拟化一般是通过虚拟机管理系统建立一个抽象层，并把这一层

插在在虚拟机和底层的硬件之间。虚拟机管理系统得到指令之后，把这些指令传送到物理硬件

中。这种虚拟化技术的最大优点是覆盖性比较强，基本上可以在 VM 中运行各种各样的操作系

统，并且运行的效果与在真机上没有太大差别。但是它的缺点也比较明显，完全的虚拟，会导

致启动速度慢，虚拟机管理系统的运行花费会比较大。

（2）半虚拟化半虚拟化的应用场景也很普遍，因为完全虚拟化技术是非常耗时的技术，虚拟

机管理系统的运行开销很大，它必须不停管理物理机上运行的虚拟机，且保持虚拟机之间的独

立性。

为了减轻这种花销，可以从虚拟机操作系统的角度出发，让它知道自己处于虚拟环境中，然后

与虚拟机管理系统相互协作。这种方式就是半虚拟化技术。它的优势就是性能较完全虚拟化技

术要高。在准虚拟化处理之后，虚拟机可以和虚拟机管理系统一起工作，其响应能力在较快的

时候，可以和物理机保持在同一水平。

（3）操作系统层虚拟化最后，还有一种虚拟化的方法，就是在操作系统层面进行优化。就操

作系统层的虚拟化而言，不再让虚拟机管理系统层[27]

去管理每一个虚拟机，而是直接让主机的操作系统为多个虚拟机分配所有资源，并且保证这些

虚拟机的独立性。也就是说，这种情况下的虚拟机依托于宿机的操作系统，所有的虚拟机的操

作系统必须和宿机的操作系统保持一致。虽然在这种设计的情况下，操作系统层的虚拟化会丧

失灵活性，但虚拟机的性能会提高不少。所以，操作系统层的虚拟化所针对的场景更适合目前

的云计算大数据平台。因为数据中心一般都会采用同一种系统，例如 Linux 系统，所以这种虚

拟方式反而更好管理。容器化技术就是这种类型的虚拟化实现。

2.2.2 容器化技术

早在20 世纪 70 年代，UNIX chroot 就衍生出了容器技术的概念。UNIXchroot “是一套UNIX 操

”作系统 ,它的设计初衷是把 root 目录和其它子目录放到文件系统内的其他地方，并且保证只有

特殊的一些进程可以访问到这些地方。这是容器化的最初形态，已经可以保证为每一个进程提

供一片独立的磁盘空间。

发展到 2008 年，第一套完整的LXC 管理实现方案被研究出来。LXC[28]作为操作系统层面的

虚拟化技术，它的目的就是在 Linux 物理主机上分割出隔离性Linux 环境。与传统的虚拟机不

同，容器共享同一套主机操作系统[29]内核，同时利用虚拟操作系统的依赖库来完成相应的功

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云容器的虚拟化和迁移技术,什么是基于容器的虚拟化云容器的虚拟化和迁移技术什么是容器环境中基于容器的虚拟化？它需要首先安装主机操作系统容器层(与LXC或libcontainer相比)，然后安装主机操作系统(通过Linux变体)。安装容器层系统后，计算资源被分配给容器实例和企业应用程序部署容器。每个容器应用程序共享相同的操作系统(单主机操作系统)。与虚拟机容器相比，它具有更高的资源利用效率。什么是基于容器的虚拟化对于容器环境，首先需要安装主机操作系统，然后需要在主机操作系统(通常是Linux变体)上安装容器层(例如LXC或libcontainer)安装容器层后，可以从系统的可用计算资源中分配容器实...

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