【学习】一、虚拟化原理及 OpenStack 架构

虚拟化介绍

宿主机通过 Hypervisor 程序将自己的硬件资源虚拟化。

虚拟化原理

CPU虚拟化

一个虚拟机在宿主机中其实就是一个qemu-kvm进程，而每一个虚拟的CPU则是进程中的一个线程，CPU可以超配（overcommit）

内存虚拟化

kvm需要完成VA虚拟内存–>PA物理内存–>MA机器内存直接的地址转换。虚机OS不能直接访问实际机器内存，所以KVM要负责映射客户物理内存到实际机器内存的转换（PA–>MA）。内存也可以overcommit。

存储虚拟化

KVM的存储虚拟化是通过存储池（Storage Pool）和卷（Volume）来管理的。

Storage Pool 是宿主机上可以看到的一片存储空间，可以是多种类型。

KVM将宿主机目录 /var/lib/libvirt/images 作为默认的 Storge Pool。KVM 是怎么知道要把 /var/lib/libvirt/images 这个目录当做默认 Storage Pool 的呢？KVM 所有可以使用的 Storage Pool 都定义在宿主机的 /etc/libvirt/storage 目录下，每一个 Pool 一个 xml 文件，默认有一个default.xml。

KVM 支持多种 Volume 格式

raw 是默认格式，即原始磁盘镜像格式，移植性好，性能好，但大小固定，不能节省磁盘空间。

qcow2 是推荐使用的格式。cow 表示 copy on write，能够节省磁盘空间，支持 AES 加密，支持 zlib 压缩，支持多快照，功能很多。

vmdk 是 VMWare 的虚拟磁盘格式，也就是说 VMWare 虚机可以直接在 KVM上 运行。这种是目录类型，还有LVM类型的Storge Pool，还有 iscsi，ceph

LVM 类型的 Storage Pool

不仅一个文件可以分配给客户机作为虚拟磁盘，宿主机上 VG 中的 LV 也可以作为虚拟磁盘分配给虚拟机使用。不过，LV 由于没有磁盘的 MBR 引导记录，不能作为虚拟机的启动盘，只能作为数据盘使用。

宿主机上的 VG 就是一个 Storage Pool，VG 中的 LV 就是 Volume。 LV 的优点是有较好的性能；不足的地方是管理和移动性方面不如镜像文件，而且不能通过网络远程使用。

网络虚拟化

虚拟机的虚拟网卡可以通过桥接的方式桥接到物理网卡。

Linux Bridge

Linux Bridge 是 Linux 上用来做 TCP/IP 二层协议交换的设备，其功能大家可以简单的理解为是一个二层交换机或者 Hub。

参考：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIwMTM5MjUwMg==&mid=2653587933&idx=1&sn=958532f257d5b4ba575f297a0b66db25&chksm=8d3081c4ba4708d2199ddfaa151e93da2905eab86e963f194d1a7f90bb77535e5de5b7f83d52&scene=21#wechat_redirect

esben@all-in-one:~$ brctl show # 查看 Linux Bridge 的配置
bridge name	bridge id		    STP enabled	  interfaces
virbr0		8000.525400d43ff6	yes		      virbr0-nic

virsh list --all # 查看所有的虚拟机
virsh start VM # 启动虚拟机
virsh domiflist VM1 # 查看虚拟机网卡信息

参考：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIwMTM5MjUwMg==&mid=2653587932&idx=1&sn=d8442e02c9d19114ed2a64b3375b07f6&chksm=8d3081c5ba4708d326b27352349a01c2f2175c0cc7d56944f40af2fc2c64ffdc9a5548f1b89e&scene=21#wechat_redirect

virbr0

virbr0 是 KVM 默认创建的一个 Bridge，其作用是为连接其上的虚机网卡提供 NAT 访问外网的功能。为连接其上的其他虚拟网卡提供 DHCP 服务。

virbr0 使用 dnsmasq 提供 DHCP 服务，可以在宿主机中查看该进程信息。

esben@all-in-one:~$ ps aux | grep dnsmasq
esben     6841  0.0  0.0  14224  1024 pts/22   R+   19:14   0:00 grep --color=auto dnsmasq

VLAN

VLAN 将一个交换机分成了多个交换机，限制了广播的范围，在二层将计算机隔离到不同的 VLAN 中。VLAN 的隔离是二层上的隔离，A 和 B 无法相互访问指的是二层广播包（比如 arp）无法跨越 VLAN 的边界。但在三层上（比如IP）是可以通过路由器让 A 和 B 互通的。概念上一定要分清。

通常交换机的端口有两种配置模式： Access 和 Trunk：

Access 口

这些端口被打上了 VLAN 的标签，表明该端口属于哪个 VLAN。 不同 VLAN 用 VLAN ID 来区分，VLAN ID 的 范围是 1-4096。 Access 口都是直接与计算机网卡相连的。

Trunk 口

假设有两个交换机 A 和 B，连接 A 和 B 的口就是 Trunk 口，允许所有 VLAN 的数据通过。

eth0 是宿主机上的物理网卡，有一个命名为 eth0.10 的子设备与之相连。 eth0.10 就是 VLAN 设备了，其 VLAN ID 就是 VLAN 10。

这样的配置其效果就是： 宿主机用软件实现了一个交换机（当然是虚拟的），上面定义了一个 VLAN10。

eth0.10，brvlan10 和 vnet0 都分别接到 VLAN10 的 Access口上。

而 eth0 就是一个 Trunk 口。VM1 通过 vnet0 发出来的数据包会被打上 VLAN10 的标签。

eth0.10 的作用是：定义了 VLAN10
brvlan10 的作用是：Bridge 上的其他网络设备自动加入到 VLAN10 中

参考：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIwMTM5MjUwMg==&mid=2653587920&idx=1&sn=79332fb8fd8370b8d6b7d9728c383008&chksm=8d3081c9ba4708df9fcff17839e3c0fbb53a82298799c15ee45889f830a0087a46672505f115&scene=21#wechat_redirect

Linux Bridge + VLAN = 虚拟交换机

1. 物理交换机存在多个 VLAN，每个 VLAN 拥有多个端口。 同一 VLAN 端口之间可以交换转发，不同 VLAN 端口之间隔离。 所以交换机其包含两层功能：交换与隔离。
2. Linux 的 VLAN 设备实现的是隔离功能，但没有交换功能。
3. Linux Bridge 专门实现交换功能。
4. Linux Bridge 加 VLAN 在功能层面完整模拟现实世界里的二层交换机。eth0 相当于虚拟交换机上的 trunk 口。

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