云计算虚拟化技术与开发

虚拟化技术是云计算实现的关键技术，自“云计算”成为热点后，虚拟化技术就成为IT界的热门话题，本书向读者循序渐进地介绍虚拟化技术的基本知识和实践方法。
　　本书共分7章，内容包括虚拟化技术概述、虚拟化实现技术架构、QEMU核心模块配置、构建KVM环境、KVM高级功能详解、虚拟化管理工具和虚拟机开发。
　　本书以培养学生实践能力为目标，在阐述虚拟化技术基本理论知识的基础上，注重工程实践中的配置、安装及虚拟化技术的使用和理解。
　　本书适合作为高等院校计算机类专业的教材，也可作为开展云计算研究与应用的企事业单位的培训教材，以及云计算爱好者的自学用书。
　　

第1章 虚拟化技术概述 1
11 虚拟化技术简介 1
111 虚拟化的基本概念 1
112 虚拟化的目的 2
113 云计算与虚拟化 4
114 虚拟化历史沿革与未来
趋势 4
12 虚拟化分类 5
121 硬件虚拟化 6
122 软件虚拟化 7
123 半虚拟化 9
124 全虚拟化 10
13 操作系统与虚拟化 11
131 系统级虚拟化 11
132 Docker与系统虚拟化 13
小结 13
习题 13
第2章 虚拟化实现技术架构 15
21 处理器虚拟化实现技术 15
211 Intel VT-x 16
212 vCPU 18
213 AMD SVM 19
22 内存虚拟化实现技术 19
221 Intel EPT 21
222 AMD NPT 22
23 I/O虚拟化实现技术 23
231 Intel VT-d 24
232 IOMMU 27
233 SR-IOV 28
24 网络虚拟化实现技术 29
241 Linux Bridge网桥 30
242 TUN/TAP设备 31
243 MACVLAN/MACVTAP
设备 32
25 主流虚拟化方案及特点 33
251 KVM虚拟化方案 33
252 Xen虚拟化方案 36
253 VMware虚拟化方案 38
254 Hyper-V虚拟化方案 39
255 VirtualBox虚拟化
方案 41
小结 41
习题 42
第3章 QEMU核心模块配置 43
31 QEMU概述 43
311 QEMU实现原理 43
312 QEMU源码结构 44
313 libkvm模块 44
32 QEMU命令的基本格式 45
33 CPU配置 46
331 CPU设置基本参数 46
332 CPU模型 48
34 内存配置 49
35 存储器配置 51
36 启动顺序配置 52
37 QEMU支持的镜像文件
格式 53
38 qemu-img命令 56
小结 59
习题 59
第4章 构建KVM环境 60
41 KVM硬件基础配置 60
411 宿主机BIOS设置 60
412 宿主机操作系统设置 63
42 编译安装KVM 65
421 下载KVM源码 65
422 配置KVM 67
423 编译KVM 70
424 安装KVM 70
43 编译安装QEMU 72
431 下载QEMU源码 73
432 配置QEMU 75
433 编译QEMU 77
434 安装QEMU 78
44 启动第一个KVM客户机 80
441 安装客户机步骤 80
442 启动第一个KVM客
户机 84
45 网络配置 86
451 网桥模式 87
452 NAT模式 91
46 图形显示配置 95
47 VNC的使用 96
471 在宿主机中VNC的
使用 96
472 在客户机中VNC的
使用 97
小结 98
习题 98
第5章 KVM高级功能详解 99
51 半虚拟化驱动 99
511 virtio概述 99
512 Linux下virtio的
支持 102
513 Windows下的virtio
驱动 103
514 virtio_balloon 115
515 virtio_net 119
516 virtio_blk 124
52 设备直接分配 125
521 PCI/PCI-E设备 125
522 SR-IOV 126
523 USB设备透传 129
53 热插拔 131
531 内存热插拔 131
532 CPU热插拔 132
54 动态迁移 133
541 虚拟机迁移概述 133
542 虚拟机迁移的分类与
原理 134
543 主流虚拟机迁移工具 137
544 KVM虚拟机动态迁移 139
55 嵌套虚拟化 141
551 嵌套虚拟化的基本
概念 141
552 KVM嵌套虚拟化
步骤 142
56 KSM技术 147
561 KSM技术概述 147
562 KSM实现原理 148
563 KSM操作实践 149
57 KVM的其他特性 151
571 大页 151
572 透明大页 152
573 CPU特性 154
58 KVM的安全机制 156
581 KVM虚拟化的安全
威胁 157
582 KVM虚拟化的安全
技术架构 158
583 KVM常见安全
措施 159
59 QEMU监控器 161
591 QEMU Monitor配置 162
592 QEMU Monitor常用
命令 163
小结 165
习题 165
第6章 虚拟化管理工具 166
61 libvirt概述 166
611 libvirt简介 166
612 libvirt的编译和安装 169
62 virsh简介 174
63 libvirt的启动与配置 176
631 libvirt的启动 176
632 libvirt的配置文件 177
64 libvirt域的XML配置
文件 179
641 配置文件格式 179
642 域的配置 181
643 内存、CPU、启动顺序
等配置 181
644 设备配置 182
645 其他配置 183
65 virsh常用命令 184
651 通用命令 184
652 域相关命令 184
653 存储池相关命令 186
654 存储卷相关命令 186
655 快照相关命令 186
66 libvirt API简介 187
67 libvirt API使用实例 188
671 建立到Hypervisor的
连接 188
672 使用libvirt API查询
某个域的信息 190
673 编译运行libvirt-connc
并使用virsh查看当前
结点情况 192
68 virt-manager 194
681 virt-manager的编译和
安装 195
682 virt-manager的使用 196
小结 202
习题 202
第7章 虚拟机开发 203
71 搭建KVM虚拟化环境 203
711 配置宿主机 203
712 部署KVM虚拟机 204
713 QEMU下载和安装 208
714 开发要点 209
72 建立虚拟机镜像 210
721 Windows 7镜像 210
722 Ubuntu1404镜像 212
723 开发要点 216
73 启动虚拟机 216
731 在宿主机上使用VNC方式启动虚拟机 216
732 在Windows上使用VNC Viewer连接虚拟机 220
733 开发要点 221
小结 222
习题 222
参考文献 223
　　

信息技术的发展，尤其是计算机和互联网技术的进步极大地改变了人们的工作和生活方式。进入新世纪后，大量企业开始采用以数据中心为业务运营平台的信息服务模式，数据中心变得空前重要和复杂，这对管理工作提出了全新的挑战，一系列问题接踵而来。企业如何通过数据中心快速地创建服务并高效地管理业务？怎样根据需求动态调整资源以降低运营成本？如何更加灵活、高效、安全地使用和管理各种资源？如何共享已有的计算平台而不是重复创建自己的数据中心？业内人士普遍认为，信息产业本身需要更加彻底地进行技术变革和商业模式转型，虚拟化和云计算正是在这样的背景下应运而生。
　　虚拟化技术已经在信息化产业领域产生了深刻的影响，被认为是支持云计算发展炙手可热的关键技术。虚拟化是满足多样化用户需求，并挖掘计算机潜力和优化的首选途径。
　　虚拟化实现了IT资源的逻辑抽象和统一表示，在大规模数据中心管理和解决方案交付方面发挥着巨大的作用，是支撑云计算伟大构想的最重要的技术基石。
　　本书对云计算的虚拟化技术由浅到深逐步展开，理论和实践相结合，教师演示和学生操作相结合，遵循“教、学、做”一体化教学模式，以培养实践能力为目标，在保证虚拟化技术基本理论的认知基础上，注重工程实践中的配置、安装及虚拟化技术的使用和理解。
　　本书共分7章，内容包括虚拟化技术概述、虚拟化实现技术架构、QEMU核心模块配置、构建KVM环境、KVM高级功能详解、虚拟化管理工具和虚拟机服务。全书大致分为四部分：第1、2章介绍虚拟化技术的背景、分类和主流的虚拟化产品，进一步对虚拟化实现技术的基本原理和架构进行全面介绍；第3、4章主要介绍基于Linux内核的QEMU关于处理器、内存、磁盘、网络和图形显示等核心模块的基本原理和详细配置，以及流行的虚拟化技术方案KVM环境的构造方法，同时还介绍一些命令行工具和几个配置脚本；第5、6章更加深入地对KVM的内核模块进行逐步解析，使得读者对KVM内核有进一步的了解，最后介绍较流行的KVM的虚拟化管理工具（如libvirt）和基于libvirt API的带有图形化界面的virt-manager，同时给出各种工具的具体使用方式；第7章介绍虚拟机开发，包括搭建KVM虚拟化环境、建立虚拟机镜像，启动虚拟机等。
　　本书建议安排64学时，其中第1、2章以基础概念为主，建议安排20学时；第3、4章以实践为主，建议安排20学时；第5、6章为进阶内容，建议安排20学时；第7章为综合开发，建议安排4学时。
　　本书主要适用于计算机相关专业及云计算自学者对虚拟化技术的理解与认识，在学习理论知识的基础上，培养学员的实践能力，在实践中提高学员对理论的理解与认识，培养初学者的工程部署经验和习惯，使其能够运用云计算技术进行开发与实践。
　　本书由张炜、聂萌瑶、熊晶任主编，储泽南、石玉、马巍任副主编，由南京大学徐洁磐主审。其中，第5章由张炜编写，第2、4、6章由聂梦瑶、储泽楠、石玉共同编写，第1章由熊晶编写，第3、7章由马巍编写。本书在编写过程中得到中国铁道出版社的大力支持，同行专家及相关行业人士提出了很多宝贵意见，在此表示感谢。
　　由于时间仓促，编者水平有限，书中疏漏与不足之处在所难免，恳请读者给予批评和指正。