OpenShift Virtualization概述
1 | 作者：李晓辉 |
虚拟化的基本概念
系统虚拟化这东西，就是把一台电脑变成好多台虚拟电脑，同时运行，每台虚拟电脑都能跑自己的操作系统。这些虚拟机之间完全互不干扰，就跟它们各自在独立的硬件上跑似的。虚拟机也有自己的网卡、IP地址、文件系统和其他外设，而且每台虚拟机都能跑任何支持的操作系统或版本。
虚拟化的好处可不少，能高效利用物理计算资源。想象一下，一台大型系统，通过虚拟化能被划分成好多台虚拟系统，把资源用得满满当当。而且，虚拟化能让新虚拟服务器的配置变得超快，比买新的物理硬件快多了。
这里面有个关键角色叫虚拟机监控程序，也就是hypervisor，它负责管理和支持物理服务器的虚拟化。这个hypervisor就是让虚拟机跑起来的幕后功臣，它给虚拟机提供虚拟的CPU、内存、磁盘、网络和其他外设，还不让虚拟机直接接触硬件或者别的虚拟机。
提供hypervisor的物理机器和操作系统，我们叫它主机。而跑在虚拟机里的操作系统，就是客人啦。
虚拟化管理解决方案能搞定虚拟机和主机的管理，让你的基础设施运行得更顺畅。通常，虚拟化管理工具会创建一个集成的虚拟化环境，方便你创建、管理和监控虚拟机、hypervisor、存储和网络资源。有了虚拟化管理器，你就能集中控制虚拟化基础设施，不用一个一个去管那些hypervisor和虚拟机，想想都头大，了解了虚拟化的基本概念后，我们来看看虚拟化和云计算之间的关系。
虚拟化和云计算
再说说虚拟化和云计算，虚拟化其实是云计算的基础。云计算利用虚拟化技术，把共享的计算资源通过网络，以按需的基础设施即服务（IaaS）的形式提供出去。不过，管理型虚拟化环境和公共或私有云还是有区别的。它们都能把物理资源当作多个虚拟资源来管理，但云计算是把资源池自动分配，作为服务提供出去。云资源可以通过自助服务模式获取，还能提供自动管理、伸缩性和弹性的好处，而虚拟化环境更偏向于企业级的私有数据中心管理。
管理型虚拟化和云计算各有各的用武之地。选虚拟化还是云计算，主要看你要干啥活儿。要是你的工作负载需要为特定应用分配固定的资源，而且这个应用只给特定用户用，那虚拟化通常比云计算更适合。
虚拟机和容器
除了云计算，虚拟化技术还有一个重要的应用场景，那就是虚拟机和容器的对比，容器也是在主机上独立运行应用的一种方式，和虚拟机有点像，应用都在一个自包含的环境里，通过虚拟化网络通信。但容器体积更小，启动和停止速度比虚拟机快多了。从内存和磁盘使用上看，虚拟机通常得按GB算，容器就按MB算就行。
容器是从容器镜像创建出来的，镜像里包含了应用运行所需的所有依赖。这样一来，容器就能在任何主机上运行，不用在主机上安装任何依赖，也不会出现不同容器依赖冲突的情况。
我们来看一下容器中的应⽤与主机操作系统中的应⽤对⽐图
容器这玩意儿，底层是靠Linux内核的一些特性来实现的，比如命名空间（namespaces）和控制组（cgroups）。举个例子，容器用cgroups来管资源，像分配CPU时间、系统内存这些事儿，都是靠它搞定的。而命名空间的作用，就是把容器里的进程和资源跟其他容器还有宿主机系统隔离开来，让每个容器都互不干扰，各自安好。
容器在搞微服务的时候特别受欢迎，尤其是那些需要快速开发、单独伸缩的应用场景。为啥呢？因为容器启动快、资源占用少，很适合这种灵活多变的需求。
不过，要是公司里有些老古董应用或者特别复杂的系统，不想费劲去改成容器，那虚拟机（VM）就派上用场了。虚拟机的好处是，它能给你一个完整的计算环境，就像一个独立的小电脑，啥都不缺。要是应用需要特定的、专用的硬件，那虚拟机也能搞定，因为它能模拟出一个完整的硬件环境。再说了，要是你的应用非得用非Linux的操作系统，或者需要一个和宿主机不同的内核，那虚拟机也是首选。
OpenShift 虚拟化
Red Hat的OpenShift Virtualization也挺有意思。它跟Red Hat其他的虚拟化产品一样，用的是基于内核的虚拟机（KVM）技术当hypervisor，然后用libvirt库来定义虚拟机。KVM和libvirt都跑在一个容器里，这个容器可以在Kubernetes和OpenShift平台上部署，还能和容器化的应用一起玩得很开心。另外，Quick EMUlator（QEMU）的guest agent会把虚拟机的信息传给宿主机。
Red Hat OpenShift呢，是一套基于Kubernetes容器基础设施的模块化组件和服务。Red Hat OpenShift软件产品是从Kubernetes开源项目衍生出来的。虽然Red Hat OpenShift和Kubernetes都是容器编排软件，但Red Hat OpenShift是作为一个下游的企业级开源平台打包发布的。
OpenShift Virtualization的operator提供了很多企业级虚拟化功能，比如在线迁移、高可用性、系统调度、电源管理、镜像管理、快照、精简配置和监控。
装了Virtualization operator的Red Hat OpenShift，可以从一个通用的界面同时管理容器和虚拟机，这可太方便了！我们来看看容器化的KVM图示
Kubernetes 回顾
相信你也看出来了，OpenShift 和Kubernetes的关心很紧密，我们来快速回顾一下kubernetes的概念
kubernetes这玩意儿简直是容器化应用的超级管家，能把部署、管理和扩展这些事儿搞得轻松又高效。
想象一下，Kubernetes就像一个超级能干的指挥官，它能创建一个集群，让应用在多个节点上跑起来，还能管好一堆资源，像CPU、内存、存储和网络这些。要是某个节点突然挂了，别担心，Kubernetes能迅速在别的节点上重启应用，保证应用一直在线，简直是个“救火英雄”。
而且，Kubernetes用的是一种声明式配置模型，特别有意思。管理员只需要写清楚在集群里要运行的工作负载是什么样，剩下的事儿就交给Kubernetes搞定。它会确保运行中的工作负载和定义的一模一样。比如，管理员定义了几个工作负载，每个工作负载需要多少内存都写清楚了。Kubernetes就会在不同的节点上创建必要的容器，满足这些内存需求。
Kubernetes里有个很重要的概念叫Pod，Pod就是在一个集群节点上运行的一个或多个容器。有时候，两个容器需要在同一个节点上跑，共享一些资源，这种情况下Pod就特别有用。比如，有个任务要在Pod里跑，直到完成，这就是一个工作负载。
Kubernetes还有好多厉害的功能，这些功能和虚拟机也能搭配使用：
服务发现和负载均衡：要是应用分布在多个节点上，通信就会变得很复杂。Kubernetes自动搞定网络配置，还提供DNS服务，让Pod之间可以通过主机名透明地通信，不用操心IP地址。而且，多个Pod可以支持一个服务，这样既能提高性能，又能保证可靠性。比如，Kubernetes能把进来的请求均匀分配到多个NGINX Web服务器上，根据NGINX Pod的可用性来分配。
自我修复：如果应用定义了健康检查流程，Kubernetes就能监控、重启和重新调度那些失败或不可用的应用。这个功能就像是给应用上了“双保险”，无论是应用自己突然挂了，还是运行应用的节点出了问题，都能搞定。
Operator：Operator就像是打包好的Kubernetes应用，专门用来管理在Kubernetes集群里部署的应用的整个生命周期。开源的Operator框架提供了编写Operator的指南，这些Operator用Kubernetes API给集群增加功能。每个集群可以根据自己的需求，添加带有必要环境和功能的Operator。
OpenShift集群管理的增强
OpenShift这玩意儿简直就是Kubernetes上的“豪华升级版”，它把一堆好用的模块和功能打包在一起，让集群管理变得超方便。
开发者工作流
OpenShift里有个内置的容器镜像仓库，这就好比是容器的“家”，方便你存放和管理镜像。还有CI/CD流水线，这东西就像是一条高效的生产线，能自动帮你把代码从开发到部署一路搞定。更有意思的是Source-to-Image（S2I），这个工具能把源代码直接变成容器镜像，简直是开发者的“加速器”。
监控和日志
它自带了一个超厉害的监控服务，能实时分析集群的各种数据，就像一个“健康医生”，随时检查集群的状况。而且，它还集成了基于Prometheus的聚合日志功能，这就好比是集群的“黑匣子”，记录下所有重要的信息，方便你随时查看。
统一界面
OpenShift提供了一个超级好用的统一工具集和集成的用户界面，这就像是一个“控制中心”，让你能轻松管理集群的所有功能。不管你是在配置资源、部署应用还是监控状态，都能在一个界面上搞定，特别方便。
核心功能
Red Hat在OpenShift里还强化了一些关键功能，比如Stateful Sets（有状态集合），这东西特别适合那些需要持久化存储的应用，能保证应用的状态不会丢失。还有基于角色的访问控制（RBAC），这就好比是给集群设置了一道“安全门”，只有授权的用户才能访问特定的资源。网络策略也特别好用，能让你精细地控制容器之间的通信。
关键组件
Red Hat还提供了Kubernetes的核心组件，比如etcd键值存储。etcd就像是Kubernetes的“大脑”，它保存了集群的配置信息，是整个集群正常运行的关键。
Virtualization Operator
Red Hat OpenShift Virtualization可是OpenShift上的一个超厉害的Kubernetes扩展，专门用来搞虚拟化。它基于KubeVirt这个Kubernetes虚拟化插件，KubeVirt用的是Linux内核的KVM虚拟化技术，把虚拟机直接跑在Kubernetes容器里，实现了“容器原生虚拟化”。
KubeVirt不仅继承了传统虚拟化平台的各种功能，还完美结合了Kubernetes强大的容器编排能力。它就像是把虚拟化和容器化这两个世界最好的东西融合在一起。KubeVirt最早是Red Hat发起的，现在已经成为Cloud Native Computing Foundation（CNCF）孵化项目，还是一个开源的上游项目。
下面这张图展示了组成Red Hat OpenShift集群的各种资源和服务，包括自助服务管理员的命令行和Web界面。
OpenShift 虚拟化的优势
OpenShift集群加上OpenShift Virtualization，这事儿可太棒了！这样一来，你就能在同一个硬件、环境和工具集里，同时部署和管理虚拟化工作负载和容器化应用。把虚拟机和容器化部署放在同一个集群里管理，不仅能让管理员省心，还能省钱，一举两得！
OpenShift Virtualization把下面这些操作符和组件都整合到了一起：
OpenShift Virtualization操作符
OpenShift Virtualization是一种开源技术，能让虚拟机在Red Hat OpenShift里跑起来，就像是跑容器一样简单。它基于上游的KubeVirt项目，让传统的虚拟机也能享受容器的待遇。
超融合操作符（HCO）
HCO负责部署和管理虚拟化组件，以及一些补充的操作符，比如容器化数据导入器（CDI）。有了它，OpenShift Virtualization的各种组件都能轻松搞定。
主机路径供应操作符（HPP）
HPP操作符是个本地存储供应器，专门给虚拟机用。它能把节点上的本地存储或者挂载的卷分配给虚拟机实例（VMI），让虚拟机也能用上本地存储。
QEMU代理
QEMU代理是个守护进程，它在虚拟机里跑，然后把虚拟机的信息，比如用户、文件系统、辅助网络这些，传给宿主机。这就像是虚拟机和宿主机之间的“信使”。
基于内核的虚拟机（KVM）
KVM是一种开源虚拟化技术，它嵌入在Linux内核里。有了KVM，宿主机就能同时跑多个隔离的虚拟环境，也就是虚拟机。这就像是在一台电脑里变出了好多台“小电脑”。
容器化数据导入器（CDI）
CDI是Kubernetes的一个上游组件，它提供了一个硬件无关的存储卷管理层，能让存储卷轻松地连接到部署的实例上。这就像是给存储卷找了个“中间人”，让它们能顺利地和应用对接。
虚拟机控制台
你可以用命令行工具、Web控制台，还有常见的协议（比如Windows虚拟机用的远程桌面协议RDP，或者SSH）来连接虚拟机。这就像是给虚拟机开了好多扇“门”，让你能从不同方式进去操作。
独立虚拟机实例（VMI）
你可以用命令行和Web控制台来管理那些独立于OpenShift集群创建的VMI，比如用脚本、自动化工具或者其他命令行方法创建的VMI。这就像是给了这些独立的VMI一个“家”，让它们也能被统一管理。
通过本文的介绍，我们了解了虚拟化的基本概念、虚拟化与云计算的关系、虚拟机与容器的区别，以及OpenShift Virtualization的强大功能。OpenShift Virtualization不仅整合了虚拟化和容器化的优点，还通过统一的管理界面，极大地简化了运维工作，是现代数据中心的理想选择。
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