一、Linux 虛擬化技術分類

1. 全虛擬化 (Full Virtualization)

• 特點：Guest OS 無需修改，完全模擬硬件

• 代表技術：

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

  • QEMU：硬件模擬器，常與 KVM 配合使用

2. 半虛擬化 (Paravirtualization)

• 特點：Guest OS 需要修改內核，性能更高

• 代表技術：Xen（早期云平臺常用）

3. 容器化 (Containerization)

• 特點：共享主機內核，輕量級資源隔離

• 代表技術：

  • Docker：應用級容器

  • LXC (Linux Containers)：系統級容器

4. 硬件輔助虛擬化

• 依賴：CPU 必須支持虛擬化擴展

  • Intel：VT-x

  • AMD：AMD-V

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二、KVM/QEMU 實踐

1. 環境準備

# Ubuntu/Debian
sudo apt-get install qemu-kvm libvirt-daemon-system virt-manager
?
# 驗證虛擬化支持
egrep -c '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo  # 輸出應 >0
kvm-ok ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?  # 顯示"KVM acceleration can be used"

2. 創建虛擬機

# 使用 virt-install 創建虛擬機
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. 管理虛擬機

# 查看運行中的虛擬機
virsh list
?
# 啟動/關閉虛擬機
virsh start ubuntu-server
virsh shutdown ubuntu-server
?
# 刪除虛擬機
virsh undefine ubuntu-server

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三、Docker 容器化實踐

1. 基礎操作

# 安裝 Docker
curl -fsSL https://get.docker.com | sudo bash
?
# 運行容器
docker run -it --rm ubuntu:22.04 /bin/bash
?
# 構建自定義鏡像
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. 容器網絡

# 創建自定義網絡
docker network create my-net
?
# 運行容器并連接網絡
docker run -d --name web --network my-net nginx

3. 資源限制

# 限制 CPU 和內存
docker run -it --cpus="1.5" --memory="512m" ubuntu

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四、性能優化技巧

1. KVM 優化

   # 使用 VirtIO 驅動提升磁盤/網絡性能
   <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 綁定
   virsh vcpupin <domain> <vcpu> <cpulist>

2. 容器優化

   # 使用 --memory-swap=0 禁用交換分區
   docker run -m 256m --memory-swap=0 my-app
   ?
   # 使用 cgroups v2 控制資源
   systemd.unified_cgroup_hierarchy=1

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五、虛擬化監控工具

工具	用途	示例命令
virt-top	實時監控 KVM 虛擬機	virt-top
docker stats	監控容器資源使用	docker stats --format "table {{.Name}}\t{{.CPUPerc}}\t{{.MemUsage}}"
sar	系統資源統計	sar -r 1 3
perf	性能分析	perf stat -e cpu-cycles ls

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六、安全注意事項

1. KVM 安全：

   • 定期更新 QEMU/KVM

   • 使用 SELinux 或 AppArmor

   • 禁用不必要的虛擬機功能（如 USB 透傳）

2. 容器安全：

   • 以非 root 用戶運行容器

   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、高級場景

1. 嵌套虛擬化

# 啟用嵌套虛擬化（Intel CPU）
sudo modprobe -r kvm_intel
sudo modprobe kvm_intel nested=1
cat /sys/module/kvm_intel/parameters/nested  # 應顯示 Y

2. GPU 透傳

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

3. Kubernetes 虛擬化

# 使用 KubeVirt 管理虛擬機
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. 常見錯誤：

   • KVM 無法啟動：檢查 /var/log/libvirt/qemu/ 日志

   • 容器網絡不通：檢查 iptables 規則 iptables -L -n -v

   • 性能下降：使用 perf top 分析熱點

2. 調試工具：

   # KVM 調試
   virsh dumpxml <vm-name>  # 查看虛擬機配置
   qemu-monitor: info cpus  # 進入 QEMU 監控模式
   ?
   # 容器調試
   docker inspect <container-id>
   nsenter -t <pid> -n ip a

選擇虛擬化方案時需根據具體需求（性能需求、隔離要求、管理復雜度）進行權衡。建議從容器化開始實驗，再逐步深入 KVM 等完整虛擬化方案。