云计算虚拟化技术基础与实践

第1章 云计算与虚拟化概述 1 1.1 云计算基础 2 1.1.1 云计算的起源与发展现状 2 1.1.2 云计算的定义与典型应用 6 1.1.3 云计算的体系架构 9 1.1.4 云计算的部署模型 10 1.1.5 云计算的服务模式 10 1.1.6 云计算安全 11 1.2 虚拟化技术基础 12 1.2.1 虚拟化技术的定义与作用 12 1.2.2 虚拟化技术的发展 13 1.2.3 虚拟化技术的分类 17 1.3 云计算与虚拟化的关系 23 本章小结 24 本章习题 24 第2章 虚拟化基础环境搭建 25 2.1 虚拟化基础环境介绍 26 2.2 VMware下载及安装 26 2.3 CentOS ISO文件下载 30 2.4 VMware中CentOS安装 31 2.5 CentOS基本配置 37 2.5.1 终端使用root用户 37 2.5.2 基础网络的配置 37 2.5.3 源的更改 43 2.5.4 允许root用户远程登录 45 2.5.5 安装VMware Tools 47 本章小结 48 本章习题 48 第3章 虚拟化实现技术 49 3.1 系统虚拟化架构 50 3.2 处理器虚拟化实现技术 52 3.2.1 vCPU 53 3.2.2 Intel VT-x 54 3.2.3 AMD SVM 55 3.3 内存虚拟化实现技术 55 3.3.1 Intel EPT 57 3.3.2 AMD NPT 58 3.4 I/O虚拟化实现技术 59 3.4.1 Intel VT-d 60 3.4.2 IOMMU 62 3.4.3 SR-IOV 63 3.4.4 Virtio 65 本章小结 67 本章习题 67 第4章 网络虚拟化实现技术 68 4.1 SDN 69 4.1.1 SDN概述 69 4.1.2 SDN网络架构 70 4.1.3 OpenFlow关键组件 72 4.1.4 OpenFlow消息类型 75 4.1.5 OpenFlow应用 77 4.2 NFV 79 4.2.1 NFV概述 79 4.2.2 NFV与SDN的关系 80 4.2.3 NFV体系架构 81 4.2.4 NFV部署方式 82 4.2.5 NFV应用案例 84 4.3 Mininet 85 4.3.1 Mininet概述 85 4.3.2 Mininet系统架构 86 4.3.3 Mininet安装部署 87 4.3.4 Mininet命令行操作 90 4.4 Open vSwitch 94 4.4.1 Open vSwitch概述 94 4.4.2 Open vSwitch架构与组件 95 4.5 OpenStack Neutron 96 4.5.1 OpenStack Neutron概述 96 4.5.2 OpenStack Neutron网络架构 97 本章小结 98 本章习题 98 第5章 QEMU虚拟化配置 99 5.1 KVM与QEMU环境构建 100 5.1.1 KVM与QEMU关系 100 5.1.2 宿主机环境的验证与配置 101 5.1.3 QEMU编译与安装 104 5.1.4 KVM与QEMU虚拟化 环境验证 107 5.2 QEMU基本命令 110 5.3 CPU配置 112 5.3.1 CPU设置的基本参数 112 5.3.2 CPU模型 116 5.4 内存配置 118 5.4.1 内存设置的基本参数 118 5.4.2 大页(HugePage) 119 5.5 存储器配置 121 5.5.1 常见的存储器配置 121 5.5.2 启动顺序配置 122 5.5.3 QEMU支持的镜像文件格式 123 5.5.4 qemu-img子命令 125 5.5.5 Ubuntu客户机镜像制作 131 5.5.6 Windows客户机镜像制作 133 5.6 网络配置 140 5.6.1 网桥模式 143 5.6.2 NAT模式 148 本章小结 151 本章习题 152 第6章 QEMU虚拟化原理 153 6.1 QEMU运行模式 154 6.2 QEMU软件构成 154 6.2.1 QEMU源码架构 155 6.2.2 QEMU线程事件模型 161 6.2.3 Libkvm模块 167 6.2.4 Virtio组件 167 6.3 QEMU内存模型 170 6.4 QEMU的PCI总线与设备 172 6.4.1 PCI结构简介 172 6.4.2 QEMU的PCI总线 172 6.4.3 QEMU的PCI-PCI桥 173 6.4.4 QEMU的PCI设备 174 本章小结 179 本章习题 179 第7章 KVM内核模块解析 180 7.1 KVM内核模块概述 181 7.1.1 KVM模块架构 181 7.1.2 Makefile文件分析 182 7.1.3 KVM内核源码结构 183 7.2 KVM API 185 7.2.1 KVM API概述 185 7.2.2 KVM API的结构体 186 7.2.3 System ioctl调用 189 7.2.4 VM ioctl调用 189 7.2.5 vCPU ioctl调用 190 7.3 KVM内核模块数据结构 193 7.3.1 kvm结构体 193 7.3.2 kvm_vcpu结构体 195 7.3.3 kvm_x86_ops结构体 198 7.4 KVM内核模块执行流程 199 7.4.1 初始化流程 200 7.4.2 虚拟机创建流程 203 7.4.3 CPU虚拟化流程 206 7.4.4 内存虚拟化流程 211 7.4.5 客户机异常处理流程 215 本章小结 216 本章习题 216 第8章 KVM及QEMU虚拟化应用实践 217 8.1 Libvirt 218 8.1.1 Libvirt简介 218 8.1.2 Libvirt的yum安装 220 8.1.3 libvirtd进程 224 8.1.4 Virsh的常用命令 227 8.2 Virt-Manager 230 8.2.1 Virt-Manager的yum安装 230 8.2.2 Virt-Manager的使用 231 8.3 基于Libvirt的配置与开发 242 8.3.1 Libvirt的配置文件 242 8.3.2 Libvirt中域的XML配置 文件含义 244 8.3.3 Libvirt API简介 247 8.3.4 Libvirt建立到Hypervisor的 连接 248 8.3.5 Libvirt API的C语言使用示例 253 8.3.6 Libvirt API的Python语言 使用示例 259 8.4 KVM及QEMU虚拟化应用案例 ——基于Python的轻量级KVM 虚拟机管理系统 262 8.4.1 主要函数介绍 263 8.4.2 程序源码 264 8.4.3 程序操作步骤 267 本章小结 270 本章习题 271 第9章 容器虚拟化技术基础 272 9.1 容器虚拟化概述 273 9.1.1 容器技术的前世今生 273 9.1.2 容器基本原理 274 9.1.3 Docker起源及架构 280 9.2 Docker安装与部署 282 9.2.1 Docker的安装 283 9.2.2 镜像加速 287 9.3 Docker镜像 288 9.3.1 Docker镜像基础 288 9.3.2 构建镜像 290 9.3.3 查看镜像 295 9.3.4 分发镜像 297 9.3.5 搜索镜像 300 9.3.6 镜像的其他操作 301 9.4 Docker仓库 303 9.4.1 Docker仓库简介 303 9.4.2 Registry私有仓库的搭建和 使用 305 9.5 Docker容器 307 9.5.1 Docker容器基础 307 9.5.2 创建与启动容器 308 9.5.3 查看容器 310 9.5.4 分发容器 311 9.5.5 进入容器内部 312 9.5.6 容器其他操作 314 9.6 Docker网络 315 9.6.1 Docker网络基础 315 9.6.2 Docker网络模式 316 9.6.3 Bridge模式下容器间互连 322 9.6.4 Bridge模式下容器与外部 网络连接 325 本章小结 327 本章习题 327 第10章 Docker高级技术 328 10.1 Docker数据管理 329 10.1.1 数据卷及其常见操作 329 10.1.2 数据卷容器及其常见操作 333 10.1.3 备份、恢复和迁移数据卷 334 10.2 Docker日志与监控 336 10.2.1 Docker默认日志记录 336 10.2.2 使用Docker工具监测容器 338 10.2.3 使用cAdvisor监控容器 339 10.3 Docker安全 341 10.3.1 Linux内核安全模块 341 10.3.2 Docker资源控制 345 10.4 Docker Compose 352 10.4.1 Docker Compose简介 353 10.4.2 Docker Compose配置文件 354 10.4.3 Docker Compose常见命令 356 10.4.4 Docker Compose实战 358 10.5 Docker Machine 360 10.5.1 Docker Machine简介 360 10.5.2 Docker Machine常见命令 362 10.5.3 Docker Machine实战 362 10.6 Docker API 366 10.6.1 Docker API简介 366 10.6.2 Docker Remote API 366 10.6.3 Docker Registry API 371 本章小结 372 本章习题 372 第11章 容器集群管理 373 11.1 容器集群管理技术 374 11.1.1 容器技术的发展 374 11.1.2 容器集群管理的优势 374 11.2 Docker Swarm概述 375 11.2.1 Docker Swarm简介 375 11.2.2 Docker Swarm的关键概念 376 11.2.3 Docker Swarm的常见命令 377 11.3 Docker Swarm集群搭建与实践 378 11.3.1 Docker Swarm集群搭建 378 11.3.2 Docker Swarm集群服务创建 380 11.3.3 Docker Swarm集群服务扩容 380 11.3.4 Docker Swarm集群节点离开 381 11.3.5 Docker Swarm集群服务 滚动升级 382 11.4 Kubernetes概述 384 11.4.1 Kubernetes简介 384 11.4.2 Kubernetes组件 385 11.4.3 Kubernetes的重要概念 387 11.4.4 Kubernetes功能与架构 391 11.5 Kubernetes集群搭建与实践 392 11.5.1 安装前的准备 392 11.5.2 安装Master节点 392 11.5.3 部署Master节点 396 11.5.4 安装Node节点 398 11.5.5 将Node节点加入集群 399 11.5.6 部署Kubernetes的 **个应用 400 本章小结 402 本章习题 403 第12章 其他主流虚拟化技术 404 12.1 VMware 405 12.1.1 VMware简介 405 12.1.2 VMware产品分类 405 12.2 Hyper-V 411 12.2.1 Hyper-V的功能 413 12.2.2 开启Hyper-V 414 12.3 Xen Project 415 12.3.1 Xen Project的架构 416 12.3.2 Xen Project的功能 417 12.3.3 Xen Project安装 419 12.4 oVirt 422 12.4.1 oVirt的功能 422 12.4.2 oVirt安装 424 12.5 Proxmox VE 425 12.5.1 Proxmox VE的功能 426 12.5.2 Proxmox VE的安装 427 12.6 VirtualBox 428 12.6.1 VirtualBox的功能 428 12.6.2 Virtual Box的安装 430 本章小结 431 本章习题 431 第13章 虚拟化技术未来与展望 432 13.1 容器和虚拟机的发展 432 13.2 虚拟机内运行容器的发展 434 13.3 以容器为核心的云计算时代 435 13.4 虚拟化技术的发展趋势 436 本章小结 437 本章习题 437 参考文献 438