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

1、第2章虛擬化與容器技術習題2.1選擇題1、典型的虛擬化架構不包括（ A.宿主機操作系統(tǒng) C.虛擬化層2、虛擬化技術的研究目的包括（ A.降低管理本錢C.提高軟件開發(fā)效率D ）oB.虛擬機D.虛擬內(nèi)存D ）oB.增強可移植性D.以上都是3、同一臺物理主機上一個虛擬機的崩潰或故障不會影響其他虛擬機，這主要得益于虛擬化 技術的（A ）特征。A.隔離B.封裝 C.硬件獨立D.分區(qū) 4、全虛擬化技術、半虛擬化技術和操作系統(tǒng)級虛擬化技術是從虛擬化的（ C ）角度 來進行分類。A.作用范圍 B.本錢 C.實現(xiàn)D.使用對象5、以下不屬于半虛擬化技術的是（A ）oA. AMD-VB. Hyper-V C. Xe

2、nD. PowerVM6、Linux KVM中內(nèi)存虛擬化技術不包括（C ）。A.內(nèi)存氣球 B.巨型頁C. vMotion D.內(nèi)核同頁合并7、存儲虛擬化的實現(xiàn)方式包括（D ）oA.基于主機B.基于存儲設備C.基于網(wǎng)絡D.以上都是8、以下不屬于桌面虛擬化優(yōu)勢的是（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.預復制遷移B.后復制遷移C.臟頁面遷移D. CR/TR-Motion10、以下選項不屬于典型虛擬化軟件的是（D ）oA. XenB. vSphere C. KVMD. Eureka 11、在同一臺宿主機內(nèi)，容器間可以相互訪問，但跨主機的訪問性

3、能較差，解決方案不包括（A ）oA. NATB. Weave C.覆蓋網(wǎng)D. Open vSwitch Network12、與虛擬機相比，以下關于目前容器的表達錯誤的選項是（B ）oA.容器一般是在操作系統(tǒng)級別進行的虛擬B.容器的平安性比虛擬機強C.容器的啟動時間比擬快D.容器彈性分配分配，可以在沒有關閉容器的情況下添加資源13、Docker可以回滾到當前鏡像的前一個版本，可以防止因為完成局部組件的升級而導致 對整個環(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)先級控

4、制C.權限控制 D.計費15相較于Swarm, Kubernetes的優(yōu)勢包括（D ）。A.設計思想先進B.運維更加簡單C.部署工作更加便捷和自動化D.以上都是2.2填空題1、虛擬化層的核心是（ Hypervisor、虛擬機監(jiān)視器或VMM）。2、服務器虛擬化的架構有（宿主機虛擬化）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)絡的資源，可以使用（虛擬專用網(wǎng)絡/VPN）。4、虛擬機遷移包括（ 網(wǎng)絡信息遷移 ）、（ 存儲信息遷移 ）和（ 內(nèi)存信息遷 移 ）。5、與虛擬機相比，Docker取消了（ Hypervisor層 ）和（ Guest OS層 ），使用 （ Docker Engine

5、）進行調(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（ 倉庫或 Repositories ）。7、Docker中最大的公共倉庫是（ Docker Hub ）。8、Docker 常用的調(diào)度工具有（ Swarm ）和（ Kubernetes 或 K8s ）。2.3簡答題1、請簡述虛擬化技術的特征與優(yōu)勢。答：虛擬化技術的特征包括：分區(qū)。分區(qū)意味著虛擬化層為多個虛擬機劃分物理主機的資源，每個虛擬機可以各 自運行單獨的操作系統(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 在一臺物理主機上運行多個應用程序，每個操作系統(tǒng)只能看到虛擬化層為其

6、提供的 虛擬硬件，并感覺自己運行在專用的物理主機上。隔離。隔離指的是同一臺物理主機上的虛擬機之間是相互隔離的，一個虛擬機的崩 潰或故障不會影響同一臺物理主機上的其他虛擬機；還可以對物理資源進行控制， 以提供性能隔離，用戶可以為每個虛擬機指定物理資源的最小和最大使用量，確保 某個虛擬機不會占用所有的物理資源而使得同一系統(tǒng)中的其他虛擬機沒有物理資 源可用。封裝。封裝意味著將整個虛擬機，包括它的內(nèi)存狀態(tài)、BIOS配置、CPU狀態(tài)、I/O 設備狀態(tài)等都存儲在文件系統(tǒng)中，用戶只需要復制文件，就可以根據(jù)需要來復制、 保存和移動虛擬機中的數(shù)據(jù)。硬件獨立。硬件獨立指的是虛擬機和物理主機之間是相互獨立的，虛擬機

7、運行在虛 擬化層之上，只能訪問虛擬化層提供的虛擬硬件，不必考慮物理主機的差異等具體 情況，從而可以打破操作系統(tǒng)和物理主機，以及應用程序和操作系統(tǒng)之間的約束。虛擬化技術的優(yōu)勢包括：有效地利用物理資源。利用虛擬化技術可以使云計算數(shù)據(jù)中心中一臺物理主機運行 多個虛擬機，實現(xiàn)物理資源的多租客共享，從而提高物理主機的利用率，減少硬件 的總開銷。更好的容錯能力。虛擬機可以從一個節(jié)點遷移到另一個節(jié)點，實現(xiàn)不間斷運行。如 果物理主機、操作系統(tǒng)或應用程序出現(xiàn)運行故障，虛擬機能夠遷移到另一臺物理主 機上繼續(xù)運行。提高可用性。當Web服務、電子郵件服務、數(shù)據(jù)庫服務程序運行于同一臺物理主 機時，會出現(xiàn)一個應用程序干擾

8、另一個應用程序的可能性，甚至導致系統(tǒng)崩潰。利 用不同的虛擬機承載不同的服務，就會減少應用程序之間的相互干擾，從而提高系 統(tǒng)的可用性。簡化服務器的創(chuàng)立與管理。通過虛擬化技術創(chuàng)立虛擬服務器供用戶使用僅需幾分 鐘。相比之下，用戶自行購買一臺物理主機的本錢顯然高很多，安裝操作系統(tǒng)和應 用程序非常耗時。管理幾十個虛擬服務器比管理十幾臺物理主機也更容易。節(jié)約系統(tǒng)能源消耗。云計算系統(tǒng)基于虛擬化技術將云計算數(shù)據(jù)中心的各類資源整合 為一個統(tǒng)一的虛擬資源池，又將一個個虛擬機部署在不同的物理主機上，實現(xiàn)大規(guī) 模物理資源有效、統(tǒng)一的管理和利用。通過在物理主機上合理部署虛擬機，并采用 虛擬機動態(tài)遷移技術，可將虛擬機聚集

9、以便關閉空閑的數(shù)據(jù)節(jié)點，從而在最小化所 需的物理主機數(shù)量的同時滿足當前負載的要求，在降低云計算數(shù)據(jù)中心能耗的同 時，保證 QoS 和服務等級協(xié)議(Service Level Agreement, SLA)。2、請簡述預復制內(nèi)存信息遷移的過程。答：預遷移。選擇一個目標宿主機作為遷移目標。預定資源。向目標宿主機發(fā)送遷移請求，并確認目標宿主機中是否存在所需的資源。預復制。將虛擬機的全部內(nèi)存頁面從源宿主機復制到目標宿主機。迭代復制。將上一輪過程中被修改過、且到目前為止在本輪復制過程中沒有被修改 過的頁面迭代復制到目標宿主機。停機復制。將虛擬機剩余的少量沒有同步的內(nèi)存頁面和虛擬機系統(tǒng)運行的信息復制 到目

10、標宿主機。啟動。在目標宿主機上啟動被遷移的虛擬機。3、vSphere虛擬化軟件通過VMotion技術可以解決什么問題？答：vSphere虛擬化軟件通過VMotion技術，可以在服務器需要維護升級時動態(tài)地將虛擬機 遷移到其他服務器上，通過內(nèi)存復制技術確保每個虛擬機對外的服務，實現(xiàn)了“停物理硬件, 不停應用。一旦服務器發(fā)生故障，可以及時快速地在其他服務器上重新啟用虛擬機，從而 保證虛擬機的穩(wěn)定性。4、請從原理、資源管理、啟動時間、資源占、平安性、部署等角度簡單比照容器與虛擬機 技術。答：容 器虛擬機原理和宿主機共享內(nèi)核，所有容器都運行在容器引擎之 上，容器并不具備獨立的操作系統(tǒng)，所有容器共享操 作

11、系統(tǒng)，在進程級進行隔離每個虛擬機都建立在虛擬的硬件之上，提供指令級的 虛擬，每個虛擬機都具備獨立的操作系統(tǒng)資源管理彈性資源分配，可以在沒有關閉容器的情況下添加 資源，也無須重新分配數(shù)據(jù)卷大小虛擬機需要重啟，虛擬機的操作系統(tǒng)需要處理新加入 的資源，如磁盤需要重新分區(qū)啟動時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)級別進行 的虛擬，和內(nèi)核交互，幾乎沒有性能損耗。容器更輕 量，容器的架構允許其共用一個內(nèi)核并共享應用程序 庫，所占內(nèi)存極小。同樣的硬件環(huán)境，容器運行的鏡 像數(shù)遠多于虛擬機數(shù)量，系統(tǒng)的利用率非常高虛擬機是在Hypervisor層與內(nèi)核層進行的虛擬，等同 于虛擬出一臺計算機，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權限和宿主機 Root權限等同，一旦容器內(nèi)的用戶從普通用戶權限提 升為Root權限，它就直接具備了宿主機的Root權限虛擬機用戶Root權限和宿主機的Root權限是別離 的，并且虛擬機利用的是硬件隔離技術，這種隔離技術 可以防止虛擬機突破宿主機的Root權限和彼此交互部署容器的創(chuàng)立是秒級的，它的快速迭代性決定了無論 開發(fā)、測試還是部署都可以節(jié)約大量時間虛擬機可以通過鏡像實現(xiàn)環(huán)境交付的一致性，但鏡像分發(fā)難以體系化5、請簡述Docker為用戶應用的帶來的好處。答：簡化配置。Docker簡化了運行部署配置，同樣的配置可以應用于不同的環(huán)境，降 低了對

13、硬件的要求，以及應用環(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給應用程序提供了一個從開發(fā)到上線一致的環(huán)境，讓 代碼實現(xiàn)了流水線管理。整合服務器資源。Docker可以有效整合服務器的資源，使多個容器實例能夠有效 共享閑置的資源，比虛擬機有更好的資源整合性能。多用戶支持。Docker可以為每一個用戶的多個應用層實例創(chuàng)立隔離的環(huán)境，并利 用Docker的輕量化來支持服務器上的多個用戶容器的共享資源和并發(fā)運行?？焖俨渴稹Ｔ谔摂M機之前，引入新的硬件資源需要消耗幾天的時間，虛擬化技術將 這個時間縮短到了分鐘級別；Docker通過

14、為進程創(chuàng)立一個容器，無須啟動操作系 統(tǒng)，再次將這個時間縮短到了秒級。2.4解答題1、請分析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CPU權限級別(RingO、Ringl、Ring2、Ring3), 其中Ring。是最高級別，Ring3是最低級別。操作系統(tǒng)要直接訪問硬件和內(nèi)存，它的代碼需 要運行在最高級別Ring。上，而應用程序的代碼運行在最低級別Ring3上。如果要訪問硬件 和內(nèi)存，實現(xiàn)設備訪問、文件讀寫等操作，就要執(zhí)行相關的系統(tǒng)調(diào)用，將CPU的運行級別 從Ring3切換到RingO,完成操作后再切換回去。VMM本質(zhì)上是一個Host OS,運行在

15、RingO 上，客戶操作系統(tǒng)運行在Ringl上，其他上層應用程序運行在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模式的基礎上引入了一種 新的模式，即虛擬機擴展(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的特權級，所以在描述某個應用程序時，除了描述它屬于哪個特 權級，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)勢在于客戶操作 系統(tǒng)運行在Ri

16、ng。上，意味著它的核心指令可以直接下到達硬件層去執(zhí)行；而特權指令等敏 感指令的執(zhí)行那么是由硬件輔助直接切換到VMM執(zhí)行，由于是自動執(zhí)行,應用程序無法感知, 性能也就得到了提高。2、某視頻服務網(wǎng)站基于虛擬化云計算平臺提供視頻服務。假設某用戶在觀看視頻時，此時 提供該視頻服務的服務器發(fā)生故障，但對于用戶而言，沒有影響，服務不會中斷，用戶繼續(xù) 流暢的觀看視頻，請分析可能是什么原因。答：如上圖所示，用戶通過網(wǎng)絡在服務器1中的虛擬機1上觀看流媒體視頻，此時服務器1 或者虛擬機1出現(xiàn)問題，就需要進行虛擬機遷移，將虛擬機轉(zhuǎn)化為虛擬化鏡像文件。按照遷 移策略，選定服務器2作為目標宿主機遷移虛擬機，將虛擬化鏡像文件進行拷貝復制，在遷 移過程中用戶發(fā)覺不到服務中斷。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)庫軟件