2.3Docker和虚拟化技术分类详解

虚拟化(virtualization)技术是一个通用的概念,在不同领域有不同的理解。在计算领域,一般指的是计算虚拟化(computing virtualization),或通常说的服务器虚拟化。维基百科上的定义如下:
“在计算机技术中,虚拟化是一种资源管理技术,是将计算机的各种实体资源,如服务器、网络、内存及存储等,予以抽象、转换后呈现出来,打破实体结构间的不可切割的障碍,使用户可以用比原本的组态更好的方式来应用这些资源。”可见,虚拟化的核心是对资源的抽象,目标往往是为了在同一个主机上同时运行多个系统或应用,从而提高系统资源的利用率,并且带来降低成本、方便管理和容错容灾等好处。

从大类上分,虚拟化技术可分为基于硬件的虚拟化和基于软件的虚拟化。其中,真正意义上的基于硬件的虚拟化技术不多见,少数如网卡中的单根多IO虚拟化(Single Root I/O Virtualization and Sharing Specification,SR-IOV)等技术,也超出了本书的讨论范畴。
基于软件的虚拟化从对象所在的层次,又可以分为应用虚拟化和平台虚拟化(通常说的虚拟机技术即属于这个范畴)。前者一般指的是一些模拟设备或诸如Wine这样的软件,后者又可以细分为几个子类:

  • 完全虚拟化。虚拟机模拟完整的底层硬件环境和特权指令的执行过程,客户操作系统无须进行修改。例如IBM p和z系列的虚拟化、VMware Workstation、VirtualBox、QEMU等;
  • 硬件辅助虚拟化。利用硬件(主要是CPU)辅助支持(目前x86体系结构上可用的硬件辅助虚拟化技术包括Intel-VT和AMD-V)处理敏感指令来实现完全虚拟化的功能,客户操作系统无须修改,例如VMware Workstation,Xen,KVM;
  • 部分虚拟化。只针对部分硬件资源进行虚拟化,客户操作系统需要进行修改。现在有些虚拟化技术的早期版本仅支持部分虚拟化;
  • 超虚拟化(paravirtualization)。部分硬件接口以软件的形式提供给客户机操作系统,客户操作系统需要进行修改,例如早期的Xen;
  • 操作系统级虚拟化。内核通过创建多个虚拟的操作系统实例(内核和库)来隔离不同的进程。容器相关技术即在这个范畴。

可见,Docker以及其他容器技术都属于操作系统虚拟化这个范畴,操作系统虚拟化最大的特点就是不需要额外的supervisor支持。Docker虚拟化方式之所以有众多优势,跟操作系统虚拟化技术自身的设计和实现是分不开的。

传统方式是在硬件层面实现虚拟化,需要有额外的虚拟机管理应用和虚拟机操作系统层。Docker容器是在操作系统层面上实现虚拟化,直接复用本地主机的操作系统,因此更加轻量级。

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