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。

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。

第1章 虚拟化技术概述 1

1.1 虚拟化技术简介 1

1.1.1 虚拟化的基本概念 1

1.1.2 虚拟化的目的 2

1.1.3 云计算与虚拟化 4

1.1.4 虚拟化历史沿革与未来

趋势 4

1.2 虚拟化分类 5

1.2.1 硬件虚拟化 6

1.2.2 软件虚拟化 7

1.2.3 半虚拟化 9

1.2.4 全虚拟化 10

1.3 操作系统与虚拟化 11

1.3.1 系统级虚拟化 11

1.3.2 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

2.1 处理器虚拟化实现技术 15

2.1.1 Intel VT-x 16

2.1.2 vCPU 18

2.1.3 AMD SVM 19

2.2 内存虚拟化实现技术 19

2.2.1 Intel EPT 21

2.2.2 AMD NPT 22

2.3 I/O虚拟化实现技术 23

2.3.1 Intel VT-d 24

2.3.2 IOMMU 27

2.3.3 SR-IOV 28

2.4 网络虚拟化实现技术 29

2.4.1 Linux Bridge网桥 30

2.4.2 TUN/TAP设备 31

2.4.3 MACVLAN/MACVTAP

设备 32

2.5 主流虚拟化方案及特点 33

2.5.1 KVM虚拟化方案 33

2.5.2 Xen虚拟化方案 36

2.5.3 VMware虚拟化方案 38

2.5.4 Hyper-V虚拟化方案 39

2.5.5 VirtualBox虚拟化

方案 41

小结 41

习题 42

第3章 QEMU核心模块配置 43

3.1 QEMU概述 43

3.1.1 QEMU实现原理 43

3.1.2 QEMU源码结构 44

3.1.3 libkvm模块 44

3.2 QEMU命令的基本格式 45

3.3 CPU配置 46

3.3.1 CPU设置基本参数 46

3.3.2 CPU模型 48

3.4 内存配置 49

3.5 存储器配置 51

3.6 启动顺序配置 52

3.7 QEMU支持的镜像文件

格式 53

3.8 qemu-img命令 56

小结 59

习题 59

第4章 构建KVM环境 60

4.1 KVM硬件基础配置 60

4.1.1 宿主机BIOS设置 60

4.1.2 宿主机操作系统设置 63

4.2 编译安装KVM 65

4.2.1 下载KVM源码 65

4.2.2 配置KVM 67

4.2.3 编译KVM 70

4.2.4 安装KVM 70

4.3 编译安装QEMU 72

4.3.1 下载QEMU源码 73

4.3.2 配置QEMU 75

4.3.3 编译QEMU 77

4.3.4 安装QEMU 78

4.4 启动第一个KVM客户机 80

4.4.1 安装客户机步骤 80

4.4.2 启动第一个KVM客

户机 84

4.5 网络配置 86

4.5.1 网桥模式 87

4.5.2 NAT模式 91

4.6 图形显示配置 95

4.7 VNC的使用 96

4.7.1 在宿主机中VNC的

使用 96

4.7.2 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

5.1 半虚拟化驱动 99

5.1.1 virtio概述 99

5.1.2 Linux下virtio的

支持 102

5.1.3 Windows下的virtio

驱动 103

5.1.4 virtio_balloon 115

5.1.5 virtio_net 119

5.1.6 virtio_blk 124

5.2 设备直接分配 125

5.2.1 PCI/PCI-E设备 125

5.2.2 SR-IOV 126

5.2.3 USB设备透传 129

5.3 热插拔 131

5.3.1 内存热插拔 131

5.3.2 CPU热插拔 132

5.4 动态迁移 133

5.4.1 虚拟机迁移概述 133

5.4.2 虚拟机迁移的分类与

原理 134

5.4.3 主流虚拟机迁移工具 137

5.4.4 KVM虚拟机动态迁移 139

5.5 嵌套虚拟化 141

5.5.1 嵌套虚拟化的基本

概念 141

5.5.2 KVM嵌套虚拟化

步骤 142

5.6 KSM技术 147

5.6.1 KSM技术概述 147

5.6.2 KSM实现原理 148

5.6.3 KSM操作实践 149

5.7 KVM的其他特性 151

5.7.1 大页 151

5.7.2 透明大页 152

5.7.3 CPU特性 154

5.8 KVM的安全机制 156

5.8.1 KVM虚拟化的安全

威胁 157

5.8.2 KVM虚拟化的安全

技术架构 158

5.8.3 KVM常见安全

措施 159

5.9 QEMU监控器 161

5.9.1 QEMU Monitor配置 162

5.9.2 QEMU Monitor常用

命令 163

小结 165

习题 165

第6章 虚拟化管理工具 166

6.1 libvirt概述 166

6.1.1 libvirt简介 166

6.1.2 libvirt的编译和安装 169

6.2 virsh简介 174

6.3 libvirt的启动与配置 176

6.3.1 libvirt的启动 176

6.3.2 libvirt的配置文件 177

6.4 libvirt域的XML配置

文件 179

6.4.1 配置文件格式 179

6.4.2 域的配置 181

6.4.3 内存、CPU、启动顺序

等配置 181

6.4.4 设备配置 182

6.4.5 其他配置 183

6.5 virsh常用命令 184

6.5.1 通用命令 184

6.5.2 域相关命令 184

6.5.3 存储池相关命令 186

6.5.4 存储卷相关命令 186

6.5.5 快照相关命令 186

6.6 libvirt API简介 187

6.7 libvirt API使用实例 188

6.7.1 建立到Hypervisor的

连接 188

6.7.2 使用libvirt API查询

某个域的信息 190

6.7.3 编译运行libvirt-conn.c

并使用virsh查看当前

结点情况 192

6.8 virt-manager 194

6.8.1 virt-manager的编译和

安装 195

6.8.2 virt-manager的使用 196

小结 202

习题 202

第7章 虚拟机开发 203

7.1 搭建KVM虚拟化环境 203

7.1.1 配置宿主机 203

7.1.2 部署KVM虚拟机 204

7.1.3 QEMU下载和安装 208

7.1.4 开发要点 209

7.2 建立虚拟机镜像 210

7.2.1 Windows 7镜像 210

7.2.2 Ubuntu14.04镜像 212

7.2.3 开发要点 216

7.3 启动虚拟机 216

7.3.1 在宿主机上使用VNC方式启动虚拟机 216

7.3.2 在Windows上使用VNC Viewer连接虚拟机 220

7.3.3 开发要点 221

小结 222

习题 222

参考文献 223