云計(jì)算與大數(shù)據(jù)--配套習(xí)題(徐小龍) 第2章 虛擬化與容器技術(shù)-習(xí)題答案

1、第2章虛擬化與容器技術(shù)習(xí)題2.1選擇題1、典型的虛擬化架構(gòu)不包括（ A.宿主機(jī)操作系統(tǒng) C.虛擬化層2、虛擬化技術(shù)的研究目的包括（ A.降低管理本錢C.提高軟件開發(fā)效率D ）oB.虛擬機(jī)D.虛擬內(nèi)存D ）oB.增強(qiáng)可移植性D.以上都是3、同一臺(tái)物理主機(jī)上一個(gè)虛擬機(jī)的崩潰或故障不會(huì)影響其他虛擬機(jī)，這主要得益于虛擬化 技術(shù)的（A ）特征。A.隔離B.封裝 C.硬件獨(dú)立D.分區(qū) 4、全虛擬化技術(shù)、半虛擬化技術(shù)和操作系統(tǒng)級(jí)虛擬化技術(shù)是從虛擬化的（ C ）角度 來(lái)進(jìn)行分類。A.作用范圍 B.本錢 C.實(shí)現(xiàn)D.使用對(duì)象5、以下不屬于半虛擬化技術(shù)的是（A ）oA. AMD-VB. Hyper-V C. Xe

2、nD. PowerVM6、Linux KVM中內(nèi)存虛擬化技術(shù)不包括（C ）。A.內(nèi)存氣球 B.巨型頁(yè)C. vMotion D.內(nèi)核同頁(yè)合并7、存儲(chǔ)虛擬化的實(shí)現(xiàn)方式包括（D ）oA.基于主機(jī)B.基于存儲(chǔ)設(shè)備C.基于網(wǎng)絡(luò)D.以上都是8、以下不屬于桌面虛擬化優(yōu)勢(shì)的是（B ）oA.高效率B.高性能C.穩(wěn)定性D.平安性9、以下不屬于內(nèi)存信息遷移方法的是（C ）。A.預(yù)復(fù)制遷移B.后復(fù)制遷移C.臟頁(yè)面遷移D. CR/TR-Motion10、以下選項(xiàng)不屬于典型虛擬化軟件的是（D ）oA. XenB. vSphere C. KVMD. Eureka 11、在同一臺(tái)宿主機(jī)內(nèi)，容器間可以相互訪問，但跨主機(jī)的訪問性

3、能較差，解決方案不包括（A ）oA. NATB. Weave C.覆蓋網(wǎng)D. Open vSwitch Network12、與虛擬機(jī)相比，以下關(guān)于目前容器的表達(dá)錯(cuò)誤的選項(xiàng)是（B ）oA.容器一般是在操作系統(tǒng)級(jí)別進(jìn)行的虛擬B.容器的平安性比虛擬機(jī)強(qiáng)C.容器的啟動(dòng)時(shí)間比擬快D.容器彈性分配分配，可以在沒有關(guān)閉容器的情況下添加資源13、Docker可以回滾到當(dāng)前鏡像的前一個(gè)版本，可以防止因?yàn)橥瓿删植拷M件的升級(jí)而導(dǎo)致 對(duì)整個(gè)環(huán)境的破壞，這是Docker的（B ）功能。A.持續(xù)集成B.版本控制 C.可移植性D.平安性14、Docker中CGroup的主要功能不包括（C ）。A.限制資源使用 B.優(yōu)先級(jí)控

4、制C.權(quán)限控制 D.計(jì)費(fèi)15相較于Swarm, Kubernetes的優(yōu)勢(shì)包括（D ）。A.設(shè)計(jì)思想先進(jìn)B.運(yùn)維更加簡(jiǎn)單C.部署工作更加便捷和自動(dòng)化D.以上都是2.2填空題1、虛擬化層的核心是（ Hypervisor、虛擬機(jī)監(jiān)視器或VMM）。2、服務(wù)器虛擬化的架構(gòu)有（宿主機(jī)虛擬化）和（裸金屬虛擬化）兩種。3、員工想要在家訪問企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的資源，可以使用（虛擬專用網(wǎng)絡(luò)/VPN）。4、虛擬機(jī)遷移包括（ 網(wǎng)絡(luò)信息遷移 ）、（ 存儲(chǔ)信息遷移 ）和（ 內(nèi)存信息遷 移 ）。5、與虛擬機(jī)相比，Docker取消了（ Hypervisor層 ）和（ Guest OS層 ），使用 （ Docker Engine

5、）進(jìn)行調(diào)度和隔離。6、Docker的核心組件主要包括（容器或Container ）、（ 鏡像或Images ）和（ 倉(cāng)庫(kù)或 Repositories ）。7、Docker中最大的公共倉(cāng)庫(kù)是（ Docker Hub ）。8、Docker 常用的調(diào)度工具有（ Swarm ）和（ Kubernetes 或 K8s ）。2.3簡(jiǎn)答題1、請(qǐng)簡(jiǎn)述虛擬化技術(shù)的特征與優(yōu)勢(shì)。答：虛擬化技術(shù)的特征包括：分區(qū)。分區(qū)意味著虛擬化層為多個(gè)虛擬機(jī)劃分物理主機(jī)的資源，每個(gè)虛擬機(jī)可以各 自運(yùn)行單獨(dú)的操作系統(tǒng)，這些操作系統(tǒng)可以是相同的，也可以是不同的。用戶能夠 在一臺(tái)物理主機(jī)上運(yùn)行多個(gè)應(yīng)用程序，每個(gè)操作系統(tǒng)只能看到虛擬化層為其

6、提供的 虛擬硬件，并感覺自己運(yùn)行在專用的物理主機(jī)上。隔離。隔離指的是同一臺(tái)物理主機(jī)上的虛擬機(jī)之間是相互隔離的，一個(gè)虛擬機(jī)的崩 潰或故障不會(huì)影響同一臺(tái)物理主機(jī)上的其他虛擬機(jī)；還可以對(duì)物理資源進(jìn)行控制， 以提供性能隔離，用戶可以為每個(gè)虛擬機(jī)指定物理資源的最小和最大使用量，確保 某個(gè)虛擬機(jī)不會(huì)占用所有的物理資源而使得同一系統(tǒng)中的其他虛擬機(jī)沒有物理資 源可用。封裝。封裝意味著將整個(gè)虛擬機(jī)，包括它的內(nèi)存狀態(tài)、BIOS配置、CPU狀態(tài)、I/O 設(shè)備狀態(tài)等都存儲(chǔ)在文件系統(tǒng)中，用戶只需要復(fù)制文件，就可以根據(jù)需要來(lái)復(fù)制、 保存和移動(dòng)虛擬機(jī)中的數(shù)據(jù)。硬件獨(dú)立。硬件獨(dú)立指的是虛擬機(jī)和物理主機(jī)之間是相互獨(dú)立的，虛擬機(jī)

7、運(yùn)行在虛 擬化層之上，只能訪問虛擬化層提供的虛擬硬件，不必考慮物理主機(jī)的差異等具體 情況，從而可以打破操作系統(tǒng)和物理主機(jī)，以及應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)之間的約束。虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)包括：有效地利用物理資源。利用虛擬化技術(shù)可以使云計(jì)算數(shù)據(jù)中心中一臺(tái)物理主機(jī)運(yùn)行 多個(gè)虛擬機(jī)，實(shí)現(xiàn)物理資源的多租客共享，從而提高物理主機(jī)的利用率，減少硬件 的總開銷。更好的容錯(cuò)能力。虛擬機(jī)可以從一個(gè)節(jié)點(diǎn)遷移到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)不間斷運(yùn)行。如 果物理主機(jī)、操作系統(tǒng)或應(yīng)用程序出現(xiàn)運(yùn)行故障，虛擬機(jī)能夠遷移到另一臺(tái)物理主 機(jī)上繼續(xù)運(yùn)行。提高可用性。當(dāng)Web服務(wù)、電子郵件服務(wù)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)程序運(yùn)行于同一臺(tái)物理主 機(jī)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)應(yīng)用程序干擾

8、另一個(gè)應(yīng)用程序的可能性，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。利 用不同的虛擬機(jī)承載不同的服務(wù)，就會(huì)減少應(yīng)用程序之間的相互干擾，從而提高系 統(tǒng)的可用性。簡(jiǎn)化服務(wù)器的創(chuàng)立與管理。通過虛擬化技術(shù)創(chuàng)立虛擬服務(wù)器供用戶使用僅需幾分 鐘。相比之下，用戶自行購(gòu)買一臺(tái)物理主機(jī)的本錢顯然高很多，安裝操作系統(tǒng)和應(yīng) 用程序非常耗時(shí)。管理幾十個(gè)虛擬服務(wù)器比管理十幾臺(tái)物理主機(jī)也更容易。節(jié)約系統(tǒng)能源消耗。云計(jì)算系統(tǒng)基于虛擬化技術(shù)將云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的各類資源整合 為一個(gè)統(tǒng)一的虛擬資源池，又將一個(gè)個(gè)虛擬機(jī)部署在不同的物理主機(jī)上，實(shí)現(xiàn)大規(guī) 模物理資源有效、統(tǒng)一的管理和利用。通過在物理主機(jī)上合理部署虛擬機(jī)，并采用 虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)遷移技術(shù)，可將虛擬機(jī)聚集

9、以便關(guān)閉空閑的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，從而在最小化所 需的物理主機(jī)數(shù)量的同時(shí)滿足當(dāng)前負(fù)載的要求，在降低云計(jì)算數(shù)據(jù)中心能耗的同 時(shí)，保證 QoS 和服務(wù)等級(jí)協(xié)議(Service Level Agreement, SLA)。2、請(qǐng)簡(jiǎn)述預(yù)復(fù)制內(nèi)存信息遷移的過程。答：預(yù)遷移。選擇一個(gè)目標(biāo)宿主機(jī)作為遷移目標(biāo)。預(yù)定資源。向目標(biāo)宿主機(jī)發(fā)送遷移請(qǐng)求，并確認(rèn)目標(biāo)宿主機(jī)中是否存在所需的資源。預(yù)復(fù)制。將虛擬機(jī)的全部?jī)?nèi)存頁(yè)面從源宿主機(jī)復(fù)制到目標(biāo)宿主機(jī)。迭代復(fù)制。將上一輪過程中被修改過、且到目前為止在本輪復(fù)制過程中沒有被修改 過的頁(yè)面迭代復(fù)制到目標(biāo)宿主機(jī)。停機(jī)復(fù)制。將虛擬機(jī)剩余的少量沒有同步的內(nèi)存頁(yè)面和虛擬機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的信息復(fù)制 到目

10、標(biāo)宿主機(jī)。啟動(dòng)。在目標(biāo)宿主機(jī)上啟動(dòng)被遷移的虛擬機(jī)。3、vSphere虛擬化軟件通過VMotion技術(shù)可以解決什么問題？答：vSphere虛擬化軟件通過VMotion技術(shù)，可以在服務(wù)器需要維護(hù)升級(jí)時(shí)動(dòng)態(tài)地將虛擬機(jī) 遷移到其他服務(wù)器上，通過內(nèi)存復(fù)制技術(shù)確保每個(gè)虛擬機(jī)對(duì)外的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了“停物理硬件, 不停應(yīng)用。一旦服務(wù)器發(fā)生故障，可以及時(shí)快速地在其他服務(wù)器上重新啟用虛擬機(jī)，從而 保證虛擬機(jī)的穩(wěn)定性。4、請(qǐng)從原理、資源管理、啟動(dòng)時(shí)間、資源占、平安性、部署等角度簡(jiǎn)單比照容器與虛擬機(jī) 技術(shù)。答：容 器虛擬機(jī)原理和宿主機(jī)共享內(nèi)核，所有容器都運(yùn)行在容器引擎之 上，容器并不具備獨(dú)立的操作系統(tǒng)，所有容器共享操 作

11、系統(tǒng)，在進(jìn)程級(jí)進(jìn)行隔離每個(gè)虛擬機(jī)都建立在虛擬的硬件之上，提供指令級(jí)的 虛擬，每個(gè)虛擬機(jī)都具備獨(dú)立的操作系統(tǒng)資源管理彈性資源分配，可以在沒有關(guān)閉容器的情況下添加 資源，也無(wú)須重新分配數(shù)據(jù)卷大小虛擬機(jī)需要重啟，虛擬機(jī)的操作系統(tǒng)需要處理新加入 的資源，如磁盤需要重新分區(qū)啟動(dòng)時(shí)間較快較慢資源占用容器需要的資源更少。容器是在操作系統(tǒng)級(jí)別進(jìn)行 的虛擬，和內(nèi)核交互，幾乎沒有性能損耗。容器更輕 量，容器的架構(gòu)允許其共用一個(gè)內(nèi)核并共享應(yīng)用程序 庫(kù)，所占內(nèi)存極小。同樣的硬件環(huán)境，容器運(yùn)行的鏡 像數(shù)遠(yuǎn)多于虛擬機(jī)數(shù)量，系統(tǒng)的利用率非常高虛擬機(jī)是在Hypervisor層與內(nèi)核層進(jìn)行的虛擬，等同 于虛擬出一臺(tái)計(jì)算機(jī)，占用

12、的資源較多平安性容器的平安性更弱。容器的用戶Root權(quán)限和宿主機(jī) Root權(quán)限等同，一旦容器內(nèi)的用戶從普通用戶權(quán)限提 升為Root權(quán)限，它就直接具備了宿主機(jī)的Root權(quán)限虛擬機(jī)用戶Root權(quán)限和宿主機(jī)的Root權(quán)限是別離 的，并且虛擬機(jī)利用的是硬件隔離技術(shù)，這種隔離技術(shù) 可以防止虛擬機(jī)突破宿主機(jī)的Root權(quán)限和彼此交互部署容器的創(chuàng)立是秒級(jí)的，它的快速迭代性決定了無(wú)論 開發(fā)、測(cè)試還是部署都可以節(jié)約大量時(shí)間虛擬機(jī)可以通過鏡像實(shí)現(xiàn)環(huán)境交付的一致性，但鏡像分發(fā)難以體系化5、請(qǐng)簡(jiǎn)述Docker為用戶應(yīng)用的帶來(lái)的好處。答：簡(jiǎn)化配置。Docker簡(jiǎn)化了運(yùn)行部署配置，同樣的配置可以應(yīng)用于不同的環(huán)境，降 低了對(duì)

13、硬件的要求，以及應(yīng)用環(huán)境間的耦合度。代碼流水線管理。代碼從開發(fā)者的設(shè)備到最終在生產(chǎn)環(huán)境上的部署，需要經(jīng)過很多 有差異的中間環(huán)境，Docker給應(yīng)用程序提供了一個(gè)從開發(fā)到上線一致的環(huán)境，讓 代碼實(shí)現(xiàn)了流水線管理。整合服務(wù)器資源。Docker可以有效整合服務(wù)器的資源，使多個(gè)容器實(shí)例能夠有效 共享閑置的資源，比虛擬機(jī)有更好的資源整合性能。多用戶支持。Docker可以為每一個(gè)用戶的多個(gè)應(yīng)用層實(shí)例創(chuàng)立隔離的環(huán)境，并利 用Docker的輕量化來(lái)支持服務(wù)器上的多個(gè)用戶容器的共享資源和并發(fā)運(yùn)行?？焖俨渴?。在虛擬機(jī)之前，引入新的硬件資源需要消耗幾天的時(shí)間，虛擬化技術(shù)將 這個(gè)時(shí)間縮短到了分鐘級(jí)別；Docker通過

14、為進(jìn)程創(chuàng)立一個(gè)容器，無(wú)須啟動(dòng)操作系 統(tǒng)，再次將這個(gè)時(shí)間縮短到了秒級(jí)。2.4解答題1、請(qǐng)分析CPU虛擬化和CPU硬件輔助虛擬化的過程。答：在X86體系的CPU指令集中，提供了 4個(gè)CPU權(quán)限級(jí)別(RingO、Ringl、Ring2、Ring3), 其中Ring。是最高級(jí)別，Ring3是最低級(jí)別。操作系統(tǒng)要直接訪問硬件和內(nèi)存，它的代碼需 要運(yùn)行在最高級(jí)別Ring。上，而應(yīng)用程序的代碼運(yùn)行在最低級(jí)別Ring3上。如果要訪問硬件 和內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)設(shè)備訪問、文件讀寫等操作，就要執(zhí)行相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用，將CPU的運(yùn)行級(jí)別 從Ring3切換到RingO,完成操作后再切換回去。VMM本質(zhì)上是一個(gè)Host OS,運(yùn)行在

15、RingO 上，客戶操作系統(tǒng)運(yùn)行在Ringl上，其他上層應(yīng)用程序運(yùn)行在Ring2和Ring3上。為了提高CPU虛擬化的性能，CPU硬件輔助虛擬化在Ring模式的基礎(chǔ)上引入了一種 新的模式，即虛擬機(jī)擴(kuò)展(Virtual Machine Extension, VMX)模式。VMX模式包括根操作 (VMX Root Operation)模式和非根操作(VMX Non-Root Operation)模式，由于這兩種模 式中都存在Ring。到Ring3的特權(quán)級(jí)，所以在描述某個(gè)應(yīng)用程序時(shí)，除了描述它屬于哪個(gè)特 權(quán)級(jí)，還要指明它處于根操作模式還是非根操作模式。引入VMX模式的優(yōu)勢(shì)在于客戶操作 系統(tǒng)運(yùn)行在Ri

16、ng。上，意味著它的核心指令可以直接下到達(dá)硬件層去執(zhí)行；而特權(quán)指令等敏 感指令的執(zhí)行那么是由硬件輔助直接切換到VMM執(zhí)行，由于是自動(dòng)執(zhí)行,應(yīng)用程序無(wú)法感知, 性能也就得到了提高。2、某視頻服務(wù)網(wǎng)站基于虛擬化云計(jì)算平臺(tái)提供視頻服務(wù)。假設(shè)某用戶在觀看視頻時(shí)，此時(shí) 提供該視頻服務(wù)的服務(wù)器發(fā)生故障，但對(duì)于用戶而言，沒有影響，服務(wù)不會(huì)中斷，用戶繼續(xù) 流暢的觀看視頻，請(qǐng)分析可能是什么原因。答：如上圖所示，用戶通過網(wǎng)絡(luò)在服務(wù)器1中的虛擬機(jī)1上觀看流媒體視頻，此時(shí)服務(wù)器1 或者虛擬機(jī)1出現(xiàn)問題，就需要進(jìn)行虛擬機(jī)遷移，將虛擬機(jī)轉(zhuǎn)化為虛擬化鏡像文件。按照遷 移策略，選定服務(wù)器2作為目標(biāo)宿主機(jī)遷移虛擬機(jī)，將虛擬化鏡像文件進(jìn)行拷貝復(fù)制，在遷 移過程中用戶發(fā)覺不到服務(wù)中斷。3、用戶 A 在 Docker 中先后執(zhí)行了 docker pull docker run docker build 和 docker push 四條 命令行，下載的鏡像中自帶了老版本的Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)軟件