一、Linux 虚拟化技术分类

1. 全虚拟化 (Full Virtualization)

• 特点：Guest OS 无需修改，完全模拟硬件

• 代表技术：

  • KVM (Kernel-based Virtual Machine)：主流方案，集成到 Linux 内核

  • QEMU：硬件模拟器，常与 KVM 配合使用

2. 半虚拟化 (Paravirtualization)

• 特点：Guest OS 需要修改内核，性能更高

• 代表技术：Xen（早期云平台常用）

3. 容器化 (Containerization)

• 特点：共享主机内核，轻量级资源隔离

• 代表技术：

  • Docker：应用级容器

  • LXC (Linux Containers)：系统级容器

4. 硬件辅助虚拟化

• 依赖：CPU 必须支持虚拟化扩展

  • Intel：VT-x

  • AMD：AMD-V

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二、KVM/QEMU 实践

1. 环境准备

# Ubuntu/Debian
sudo apt-get install qemu-kvm libvirt-daemon-system virt-manager
​
# 验证虚拟化支持
egrep -c '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo  # 输出应 >0
kvm-ok                              # 显示"KVM acceleration can be used"

2. 创建虚拟机

# 使用 virt-install 创建虚拟机
virt-install \--name ubuntu-server \--ram 2048 \--vcpus 2 \--disk path=/var/lib/libvirt/images/ubuntu.qcow2,size=20 \--os-type linux \--os-variant ubuntu22.04 \--network bridge=virbr0 \--graphics none \--console pty,target_type=serial \--location 'http://archive.ubuntu.com/ubuntu/dists/jammy/main/installer-amd64/' \--extra-args 'console=ttyS0,115200n8 serial'

3. 管理虚拟机

# 查看运行中的虚拟机
virsh list
​
# 启动/关闭虚拟机
virsh start ubuntu-server
virsh shutdown ubuntu-server
​
# 删除虚拟机
virsh undefine ubuntu-server

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三、Docker 容器化实践

1. 基础操作

# 安装 Docker
curl -fsSL https://get.docker.com | sudo bash
​
# 运行容器
docker run -it --rm ubuntu:22.04 /bin/bash
​
# 构建自定义镜像
cat <<EOF > Dockerfile
FROM alpine:latest
RUN apk add --no-cache nginx
EXPOSE 80
CMD ["nginx", "-g", "daemon off;"]
EOF
docker build -t my-nginx .

2. 容器网络

# 创建自定义网络
docker network create my-net
​
# 运行容器并连接网络
docker run -d --name web --network my-net nginx

3. 资源限制

# 限制 CPU 和内存
docker run -it --cpus="1.5" --memory="512m" ubuntu

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四、性能优化技巧

1. KVM 优化

   # 使用 VirtIO 驱动提升磁盘/网络性能
   <disk type='file' device='disk'><driver name='qemu' type='qcow2' cache='none' io='native'/><source file='/path/to/image.qcow2'/><target dev='vda' bus='virtio'/>
   </disk>
   ​
   # CPU 绑定
   virsh vcpupin <domain> <vcpu> <cpulist>

2. 容器优化

   # 使用 --memory-swap=0 禁用交换分区
   docker run -m 256m --memory-swap=0 my-app
   ​
   # 使用 cgroups v2 控制资源
   systemd.unified_cgroup_hierarchy=1

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五、虚拟化监控工具

工具	用途	示例命令
virt-top	实时监控 KVM 虚拟机	virt-top
docker stats	监控容器资源使用	docker stats --format "table {{.Name}}\t{{.CPUPerc}}\t{{.MemUsage}}"
sar	系统资源统计	sar -r 1 3
perf	性能分析	perf stat -e cpu-cycles ls

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六、安全注意事项

1. KVM 安全：

   • 定期更新 QEMU/KVM

   • 使用 SELinux 或 AppArmor

   • 禁用不必要的虚拟机功能（如 USB 透传）

2. 容器安全：

   • 以非 root 用户运行容器

   FROM alpine
   RUN adduser -D appuser
   USER appuser

   • 限制容器能力

   docker run --cap-drop=ALL --cap-add=NET_BIND_SERVICE nginx

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七、高级场景

1. 嵌套虚拟化

# 启用嵌套虚拟化（Intel CPU）
sudo modprobe -r kvm_intel
sudo modprobe kvm_intel nested=1
cat /sys/module/kvm_intel/parameters/nested  # 应显示 Y

2. GPU 透传

# 绑定 GPU 到 vfio-pci
echo "options vfio-pci ids=10de:1b80,10de:10f0" > /etc/modprobe.d/vfio.conf

3. Kubernetes 虚拟化

# 使用 KubeVirt 管理虚拟机
kubectl apply -f https://github.com/kubevirt/kubevirt/releases/download/v0.58.0/kubevirt-operator.yaml

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八、故障排查

1. 常见错误：

   • KVM 无法启动：检查 /var/log/libvirt/qemu/ 日志

   • 容器网络不通：检查 iptables 规则 iptables -L -n -v

   • 性能下降：使用 perf top 分析热点

2. 调试工具：

   # KVM 调试
   virsh dumpxml <vm-name>  # 查看虚拟机配置
   qemu-monitor: info cpus  # 进入 QEMU 监控模式
   ​
   # 容器调试
   docker inspect <container-id>
   nsenter -t <pid> -n ip a

选择虚拟化方案时需根据具体需求（性能需求、隔离要求、管理复杂度）进行权衡。建议从容器化开始实验，再逐步深入 KVM 等完整虚拟化方案。