[發明專利]一種融合Docker容器與KVM虛擬化技術的系統

在審

• 申請號: 201710364522.3
• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN107329799A
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 李明;郭洋;潘子春;姚振;吳斌;孫強;徐敏;馬永;倪平波;張捷;喻梅;胡州明;歐淵;張強;劉榮剛;吳磊;左發先;李明洪;游加慶;胡超陽
• 申請（專利權）人: 國網安徽省電力公司信息通信分公司;四川中電啟明星信息技術有限公司
• 主分類號: G06F9/455
• 分類號: G06F9/455;G06F9/44;G06F13/10
• 代理公司: 成都君合集專利代理事務所(普通合伙)51228
• 代理人: 張鳴潔

技術領域

本發明涉及虛擬化技術領域，具體的說，是一種融合Docker容器與KVM虛擬化技術的系統。

背景技術

虛擬化是一種綜合利用軟硬件分區、時間片輪轉、機器仿真等技術將一臺物理主機虛擬化為多個應用執行環境的框架或者方法。利用虛擬化技術可以創建某種資源的虛擬版本，這些資源包括硬件平臺、操作系統、存儲設備、計算機網絡等。

為了滿足用戶的不同需求，數據中心采用不同的虛擬化實現技術。這樣導致了采用虛擬化技術的數據中心存在異構資源的可能。所以，異構資源之間的互操作性缺乏，遵循的標準也各不相同，這就提高了資源申請及管理的復雜性。

近年來云計算發展迅速，已經在很多領域進行了廣泛的運用。云計算的關鍵技術是虛擬化技術，這是一種資源管理技術，是將計算機的各種實體資源，如服務器、網絡、內存及存儲等，予以抽象、轉換后呈現出來，打破實體結構間的不可切割的障礙，使用戶可以比原本的組態更好的方式來應用這些資源。在實際的生產環境中，虛擬化在節約硬件及管理成本、提高資源利用率等方面都起到了非常重要的作用。

對虛擬化的研究可以追溯到二十世紀六十年代的大型機時期。二十世紀六十年代之前，大型機系統每次只能運行一個應用程序。而人們對分時系統的迫切需求導致了對虛擬化技術的探索。IBM的7044是最早采用虛擬化技術的大型機之一，解決了早期操作系統只能夠單任務處理而不能分時多任務處理的問題。之后，各種機型都開始使用虛擬化技術，虛擬化技術得到了一定程度的發展。

1.全虛擬化(Full Virtualization)也稱為原始虛擬化技術，該模型使用虛擬機協調guest操作系統和原始硬件，VMM在guest操作系統和硬件之間用于工作協調，一些受保護指令必須由Hypervisor(虛擬機管理程序)來捕獲處理。全虛擬化的運行速度要快于硬件模擬，但是性能方面稍差一些，因為Hypervisor需要占用一些資源。

2.半虛擬化(Para Virtualization)半虛擬化是另一種類似于全虛擬化的技術，它使用Hypervisor分享存取底層的硬件，但是它的guest操作系統集成了虛擬化方面的代碼。該方法無需重新編譯或引起陷阱，因為操作系統自身能夠與虛擬進程進行很好的協作。半虛擬化需要guest操作系統做一些修改，使guest操作系統意識到自己是處于虛擬化環境的，但是半虛擬化提供了與原操作系統相近的性能。

以下是KVM和Docker類型的對虛擬機技術進行簡單介紹，對這兩種不同虛擬化實現技術的基本原理進行研究。

1、KVM(Kernel-based Virtual Machine)

KVM的意思是基于內核的虛擬機。KVM是集成到Linux內核的Hypervisor，是X86架構且硬件支持虛擬化技術(Intel VT或AMD-V)的Linux的全虛擬化解決方案。它是Linux的一個很小的模塊，利用Linux做大量的事，如任務調度、內存管理與硬件設備交互等。

KVM是一個獨特的管理程序，通過將KVM作為一個內核模塊實現，在虛擬環境下Linux內核集成管理程序將其作為一個可加載的模塊可以簡化管理和提升性能。在這種模式下，每個虛擬機都是一個常規的Linux進程，通過Linux調度程序進行調度。

2、Docker容器

Docker容器是一個開源的應用容器引擎，讓開發者可以打包他們的應用以及依賴包到一個可移植的容器中，然后發布到任何流行的Linux機器上，也可以實現虛擬化。容器是完全使用沙箱機制，相互之間不會有任何接口(類似iPhone的app)。幾乎沒有性能開銷,可以很容易地在機器和數據中心中運行。最重要的是，他們不依賴于任何語言、框架包括系統。

全虛擬化技術并不需要對客戶機操作系統進行任何修改，在全虛擬化環境下的虛擬機并不知道自己不是運行在真實的物理硬件之上，這種方式的虛擬化實現較為簡舉，由于不對操作系統進行任何修改所以操作系統可以很方便在真實和虛擬環境下進行遷移，并且可以提供很好的隔離性，安全性也比較高，但是由于全虛擬化是完全由軟件實現，所以它的運行效率較低。

而半虛擬化模式則同全虛擬化不同，它需要修改客戶機操作系統，經過修改之后的客戶機操作系統知道己并不是運行在真實的物理硬件環境之下而是運行于虛擬環境中。相對于全虛擬化，由于半虛擬化的客戶操作系統是專門為虛擬化而進行改造的，所以它的性能表現更為出色。但是半虛擬化操作系統的可遷移性有所降低，而且因為需要對進行較為深入的修改，因此它需要持續不斷的支持和維護。