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文章目录
- 前言
- 所遇问题
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- [问题 1：Docker 容器启动的 Windows 实例调用了 KVM 驱动，但为什么用 `virsh list` 命令查不到虚拟机？这意味着它不是一个完整的虚拟机吗？](#问题 1：Docker 容器启动的 Windows 实例调用了 KVM 驱动，但为什么用
virsh list命令查不到虚拟机？这意味着它不是一个完整的虚拟机吗？) - [问题 2：为什么通过 docker stats 查看时显示的是容器占用内存，而不是虚拟机的内存占用？](#问题 2：为什么通过 docker stats 查看时显示的是容器占用内存，而不是虚拟机的内存占用？)
- [问题 3：Linux 上使用 KVM 启动一个 Windows 虚拟机和通过容器启动一个虚拟机的区别（调用 KVM 驱动）](#问题 3：Linux 上使用 KVM 启动一个 Windows 虚拟机和通过容器启动一个虚拟机的区别（调用 KVM 驱动）)
- [问题 4：为什么在Linux上通过容器启动Windows（KVM）和Linux后，容器内部的网络表现不同？](#问题 4：为什么在Linux上通过容器启动Windows（KVM）和Linux后，容器内部的网络表现不同？)
- [问题 1：Docker 容器启动的 Windows 实例调用了 KVM 驱动，但为什么用 `virsh list` 命令查不到虚拟机？这意味着它不是一个完整的虚拟机吗？](#问题 1：Docker 容器启动的 Windows 实例调用了 KVM 驱动，但为什么用
- 未来方向探讨
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- [1. 简化虚拟化管理：砍掉OpenStack和VMware](#1. 简化虚拟化管理：砍掉OpenStack和VMware)
- [2. Windows服务容器化部署](#2. Windows服务容器化部署)
- [3. Windows 容器结合 AD 实现私有云弹性使用](#3. Windows 容器结合 AD 实现私有云弹性使用)
- [4. 优化审计工具成本](#4. 优化审计工具成本)
- [5. 网络管控统一化](#5. 网络管控统一化)
- [6. 简化高可用架构](#6. 简化高可用架构)
- 总结
前言
在通过 Docker 启动 Windows 容器的过程中，我对其调用 KVM 驱动的工作原理还不够了解。尤其是与传统虚拟化技术（如 libvirt）相比，这种方法的特殊性让我产生了许多疑问。在查阅了大量资料后，我整理出了一些问题及其解答，希望能帮助对这个话题感兴趣的朋友更好地理解 Docker 容器与虚拟化技术结合的独特之处。
所遇问题
问题 1：Docker 容器启动的 Windows 实例调用了 KVM 驱动，但为什么用 virsh list 命令查不到虚拟机？这意味着它不是一个完整的虚拟机吗？
解答：
- 为什么
virsh list查不到虚拟机？
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virsh list的工作机制：
virsh list是用来管理和查看由 libvirt 管理的虚拟机的工具。如果虚拟机不是通过libvirt创建和管理的，virsh是无法检测到它的。
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在 Docker 容器中启动 Windows 实例时，通过挂载 /dev/kvm 与宿主机的 KVM 模块直接交互。这个过程绕过了 libvirt，而是可能通过 QEMU + KVM 的方式直接实现硬件虚拟化支持。
因此，virsh 无法列出这些由 Docker 启动的虚拟机实例，因为它们并未被 libvirt 管理。
- 这是不是一个完整的虚拟机？
从严格意义上来说，它并不是传统的「完整虚拟机」，而是介于虚拟机和容器之间的一种轻量化虚拟化实现。
-
容器化特性：
- 使用 Docker 技术进行管理，具备容器的轻量化特性。
- 配置文件中使用了 Docker 的
ports、cap_add等功能，属于典型的容器管理方式。
-
虚拟化特性：
- 通过
/dev/kvm使用硬件虚拟化技术，运行了一个独立的 Windows 操作系统实例。 - 使用了 KVM 提供的虚拟化支持，底层依赖 QEMU 等虚拟化工具。
- 通过
-
综合判断：
- 这类 Windows 容器可以视为一个「通过容器运行的轻量化虚拟机」，但它并没有完整的虚拟机管理功能（如快照、热迁移等）。
-
这种实现的工作原理是什么？
QEMU + KVM 支持：
- 容器内部可能使用了 QEMU，KVM 提供了硬件虚拟化的加速支持。QEMU 作为用户态应用，借助
/dev/kvm完成高效的虚拟机运行。
Docker 容器管理：
- Docker 负责通过容器技术挂载宿主机的
/dev/kvm，使容器能够访问硬件虚拟化能力。 - 容器的网络、端口映射、设备挂载等由 Docker 提供支持。
- 容器内部可能使用了 QEMU，KVM 提供了硬件虚拟化的加速支持。QEMU 作为用户态应用，借助
-
这种方式的优缺点是什么？
-
优点：
- 部署简单： 利用 Docker，能够快速启动和管理虚拟化实例。
- 轻量化： 不需要额外安装 libvirt 或其他传统虚拟化管理工具。
- 灵活性高： 可以结合 Docker 的生态系统，如镜像管理、自动化部署等功能。
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缺点：
- 管理不便： 传统虚拟机管理工具（如 virsh 或 vSphere）无法直接管理这些实例。
- 功能限制： 无法支持复杂的虚拟化场景，例如快照、热迁移等功能。
- 性能可能受限： 与直接使用 KVM 或 libvirt 的传统虚拟机相比，可能会有一些性能开销。
Docker 容器中运行的 Windows 实例并非传统意义上的虚拟机，而是通过容器技术实现的轻量化虚拟化。它通过 KVM 提供硬件支持，同时利用 Docker 的容器生态完成管理和部署。
这种方式适用于轻量级需求，例如快速启动虚拟化实例或实验环境。但如果需要更强大的功能（如快照、热迁移或集中管理），建议使用 libvirt、vSphere 或 OpenStack 等专业虚拟化平台。
对于开发者来说，理解这种轻量化虚拟化技术的工作原理，可以更好地权衡性能与功能需求，在适合的场景中高效利用 Docker 与虚拟化技术结合的优势。
问题 2：为什么通过 docker stats 查看时显示的是容器占用内存，而不是虚拟机的内存占用？
docker stats 报告的是容器的内存占用，而非虚拟机（通过 KVM 驱动运行的 Windows 系统）的内存。这其中的关键就在于 Docker 的资源管理方式和虚拟化的底层原理。
- 为什么
docker stats显示的是容器占用内存？
Docker 通过 CGroup（控制组） 对容器的资源进行限制和统计管理。无论容器内部运行的是普通进程，还是像虚拟机这样的特殊应用，其资源消耗都会被归类到该容器中。更具体地说：
-
容器中的 QEMU 进程： 用于运行虚拟机的 QEMU 本质上是一个普通的用户态进程，运行在 Docker 容器中。
-
容器进程封装性： Docker 容器将 QEMU 等进程打包运行，而 docker stats 监控的正是这些容器中进程的资源消耗。
-
Docker 的监控逻辑： 容器并不知道它运行的是虚拟机，因此 docker stats 中显示的内存占用，实际上是：
QEMU 分配的内存 + 容器内其他进程占用的内存
- 为什么虚拟机的内存消耗归类到容器中？
虚拟机的运行依赖于 QEMU + KVM。其中：
-
KVM 的角色：
- KVM 是一个 Linux 内核模块，用于提供硬件虚拟化支持。它本身不会主动分配内存，而是通过宿主机硬件支持 QEMU 来完成虚拟化任务。
- 因此，KVM 的工作更多是"桥梁"，并不直接产生显性内存开销。
-
QEMU 的角色：
- QEMU 是虚拟机运行的核心进程，负责实际分配内存和处理虚拟化指令。
- QEMU 的内存分配会被 CGroup 统计为容器资源开销的一部分，所以我们在
docker stats中看到的是容器的总内存占用。
- 内存占用的分配和流向
假设你为虚拟机分配了 2GB 内存，并通过 Docker 启动：
-
容器进程的内存分配：
- QEMU 进程分配了虚拟机的 2GB 内存；
- 其他容器中运行的进程（如网络工具）也会消耗部分内存。
-
docker stats的内存显示：- 显示的是容器中所有进程的内存消耗总和（包括 QEMU 和其他进程）。
- 如何验证虚拟机的实际内存占用？
如果你想具体查看虚拟机的内存使用情况，可以尝试以下方法：
方法 1：宿主机查看容器内进程的内存
在宿主机上，找到容器中的 QEMU 进程，并检查其内存消耗：
bash
ps aux | grep qemu然后使用 top 或 htop 工具，观察 QEMU 进程的实际内存占用。
方法 2：容器内部查看 QEMU 的内存
进入容器内部，使用类似 top 或 htop 的工具查看 QEMU 占用的内存：
bash
docker exec -it <容器ID> bash
top方法 3：虚拟机内部查看
登录虚拟机（例如通过 RDP），在虚拟机内查看内存使用情况：
- Windows 虚拟机： 通过任务管理器查看分配的物理内存。
- Linux 虚拟机： 使用
free -m或top等工具查看内存分配。
- 优缺点分析
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 部署简单：通过 Docker 管理虚拟机，快速启动和停止 | 管理复杂：虚拟机内存统计需要跨层查看 |
| 资源整合：使用 Docker 的 CGroup 统一统计资源 | 难以实现传统虚拟机功能（如快照、热迁移等） |
| 部署简单：通过 Docker 管理虚拟机，快速启动和停止 | 管理复杂：虚拟机内存统计需要跨层查看 |
总的来说：
docker stats显示的内存占用，是 容器内所有进程的总和，包括 QEMU 等虚拟机相关进程的资源消耗。- KVM 本身不会直接占用内存，它只是虚拟机运行的硬件支持模块。
- 如果需要精确统计虚拟机内存，可以通过容器或虚拟机内的工具进行具体分析。
这种 Docker 和虚拟化结合的方式，虽然不是传统意义上的完整虚拟机，但它在轻量化部署和资源管理上提供了很高的灵活性，非常适合场景化需求。
问题 3：Linux 上使用 KVM 启动一个 Windows 虚拟机和通过容器启动一个虚拟机的区别（调用 KVM 驱动）
它涉及两种不同虚拟化方式的架构、功能、性能和使用场景上的区别。以下从多个角度对比两种方式：直接使用 KVM 启动虚拟机 和 通过容器启动虚拟机。
- 架构区别
直接使用 KVM 启动虚拟机
-
架构
- 利用 Linux 内核中的 KVM 模块和用户态的 QEMU 模拟器，在宿主机上直接运行虚拟机。
- KVM 提供硬件加速，QEMU 负责虚拟机管理和硬件模拟。
-
管理工具
- 常用 virsh、virt-manager 等工具管理虚拟机，依赖 libvirt 提供标准化 API，支持快照、热迁移等高级功能。
-
资源隔离
- 资源由 KVM 和 QEMU 完全管理，宿主机的 CGroup 通常不直接作用于虚拟机。
通过容器启动虚拟机
-
架构
- 使用 Docker 容器运行虚拟化环境，容器内部运行 QEMU，利用 KVM 驱动启动虚拟机。
- 容器本身提供资源隔离和运行环境封装，虚拟机运行在容器之内。
-
管理工具
- 使用 Docker 命令（如 docker-compose 或 docker run）管理虚拟机的生命周期，轻量级且无需 libvirt。
-
资源隔离
- 容器利用 CGroup 实现资源限制（如内存、CPU 等），虚拟机的资源分配受到容器的约束。
- 功能和性能对比
功能对比
| 功能 | 直接使用 KVM 启动虚拟机 | 容器启动虚拟机 |
|---|---|---|
| 管理方式 | 通过 virsh 或 virt-manager 提供完整虚拟化功能（如快照、热迁移等）。 |
使用 Docker 命令，管理简单但功能有限。 |
| 隔离性 | 虚拟机拥有完整的硬件资源隔离，隔离性强。 | 容器和虚拟机共享部分资源，隔离性稍弱。 |
| 扩展性 | 可扩展性强，可与 OpenStack 等云平台集成。 | 适合轻量级部署，扩展性依赖 Docker。 |
| 便捷性 | 部署复杂，需要配置 libvirt 和 KVM 依赖。 | 部署简单，快速与容器化应用整合。 |
| 网络配置 | 支持复杂的网络配置（如多网卡、VLAN 隔离）。 | 受限于 Docker 网络模式，网络功能稍弱。 |
性能对比
| 性能指标 | 直接使用 KVM 启动虚拟机 | 容器启动虚拟机 |
|---|---|---|
| CPU 性能 | 依赖 KVM 和 QEMU，性能接近裸机。 | 性能相当，容器增加的开销很小。 |
| 内存管理 | 内存直接由 KVM 和 QEMU 管理，效率更高。 | 内存由容器分配，增加了一层抽象，但影响微小。 |
| I/O 性能 | I/O 性能接近裸机，硬件直通能力强。 | 略有性能损耗，受限于容器文件系统（如 overlayfs）。 |
| 启动速度 | 启动稍慢，需要加载完整虚拟机环境。 | 启动更快，受益于 Docker 的轻量化特性。 |
- 使用场景对比
直接使用 KVM 启动虚拟机的适用场景
- 传统虚拟化需求
- 云平台（如 OpenStack）、生产环境中的高性能虚拟化部署。
- 需要支持快照、热迁移、硬件直通等功能。
- 性能优先场景
- I/O 密集型任务（如数据库、大数据分析）需要接近裸机性能。
- 复杂网络需求
- 支持自定义网络配置（如多网卡、VLAN、桥接网络）。
容器启动虚拟机的适用场景
- 轻量化需求
- 运行特定版本的 Windows 系统以完成简单测试任务。
- 快速部署和销毁虚拟机实例。
- 容器化生态
- 集成到现有容器化应用中，享受容器生态的便利性（如镜像管理、快速部署）。
- 开发与测试环境
- 通过 Docker Compose 等工具快速管理虚拟机的生命周期。
- 优缺点总结
| 优缺点 | 直接使用 KVM 启动虚拟机 | 容器启动虚拟机 |
|---|---|---|
| 优点 | 高性能，功能全面，支持复杂场景。 | 部署轻量、管理简单，符合容器生态。 |
| 缺点 | 部署复杂，依赖更多工具（如 libvirt）。 | 功能有限，不适合复杂需求场景。 |
总的来说：
- 直接使用 KVM 启动虚拟机： 适合需要完整虚拟化功能、高性能和复杂场景的应用，如企业级云平台部署、I/O 密集型任务和复杂网络配置。
- 容器启动虚拟机： 适合轻量化需求、快速部署和测试环境，尤其是在容器生态中集成虚拟机的场景。
选择的关键在于场景需求。如果需要快速实验或轻量管理，容器启动虚拟机更方便；而对于复杂功能和高性能要求，直接使用 KVM 是更优选择。
问题 4：为什么在Linux上通过容器启动Windows（KVM）和Linux后，容器内部的网络表现不同？
在容器中启动 Windows ，使用
docker inspect命令显示 Windows 容器获取的 IP 地址是127.19.0.2，Web 或 远程方式访问 Windows 容器显示 IP 地址却是 20.20.20.21，网关是20.20.20.1用同样的方式容器中启动 Linux ，使用
docker inspect命令显示 IP 地址是127.19.0.3，进入 Linux 容器显示的 IP 地址也是 127.19.0.3
两容器内部均能 ping 通宿主机 IP，但是宿主机不能 ping 通 20.20.20.21 和 20.20.20.1 ，可以ping通 127.19.0.3（Linux） 和 127.19.0.2（Windows）
- 网络结构差异
- Linux 容器： 使用的是 Docker 的网络模式（例如 bridge 模式），容器的虚拟网络接口直接桥接到 Docker 的虚拟网桥（docker0）上，默认情况下与宿主机连通。
- Windows 容器（虚拟机）： 由 KVM 使用 QEMU 创建虚拟机，虚拟机内部的网卡由 QEMU 模拟，虚拟机网络默认是隔离的，宿主机与虚拟机之间需要额外配置转发或桥接才能通信。
- 容器和宿主机的通信情况
| 行为 | Windows 容器 | Linux 容器 |
|---|---|---|
| 宿主机能否 ping 通容器 | 否（需要手动配置桥接或 NAT） | 是（默认连通） |
| 容器能否 ping 通宿主机 | 是（QEMU 提供 NAT 转发） | 是（默认连通） |
-
宿主机无法 ping 通虚拟机（Windows 容器）：
- 原因在于虚拟机使用的是独立的虚拟网络（QEMU 提供），默认没有配置从宿主机到虚拟机的流量转发。
- 而 Linux 容器的网络则直接使用 Docker 分配的网络，因此宿主机可以直接与容器通信。
-
容器都能 ping 通宿主机：
- Windows 容器 通过 QEMU 的 NAT 转发机制，将虚拟机内流量映射到宿主机网络上。
- Linux 容器 通过 Docker 网桥直接与宿主机网络相连，因此可以通信。
- 为什么进入 Windows 容器看到的 IP 是不同的？
- Windows 容器（虚拟机）由 QEMU 创建的独立虚拟网络提供 IP 地址（例如 20.20.20.21），与 Docker 的网络配置无关。
- 而 Linux 容器使用 Docker 管理网络，因此看到的 IP 地址与 Docker 分配的地址一致。
- 让宿主机可以 ping 通 Windows 容器
以下是几种可行的调整方式：
方案 1：配置桥接模式
将虚拟机的网络直接桥接到宿主机的物理网卡，使虚拟机与宿主机使用相同的物理网络。
示例命令（调整为你的网络环境）：
bash
qemu-system-x86_64 \
-net nic \
-net bridge,br=br0 \
...注意：需要确保宿主机上已创建桥接接口（例如 br0），并正确配置物理网卡桥接到该接口。
方案 2：配置 NAT 转发规则
使用 iptables 将宿主机流量转发到虚拟机的 IP 地址：
bash
# 假设 tap 设备为 tap0，虚拟机 IP 为 20.20.20.21
iptables -t nat -A PREROUTING -d 20.20.20.21 -j DNAT --to-destination tap0注意：需要确认虚拟机的网络接口（tap 设备）名称。
方案 3：使用 QEMU 用户网络
启用 QEMU 提供的 -net user 模式，QEMU 会自动配置 NAT，使宿主机可以访问虚拟机。 示例命令：
bash
qemu-system-x86_64 \
-net nic \
-net user,hostfwd=tcp::2222-:22 \
...解释：hostfwd=tcp::2222-:22 将宿主机 2222 端口的 SSH 流量转发到虚拟机的 22 端口。
- 补充说明
-
为什么设计成这样？
- 虚拟机 的网络隔离性更强，适合需要独立网络环境的场景，例如模拟独立主机环境或隔离安全风险。
- 容器 的网络更贴近宿主机，便于轻量化通信和快速部署。
-
如何选择配置方案？
- 如果需要让宿主机与虚拟机频繁通信，推荐使用 桥接模式。
- 如果仅需要简单访问，可以使用 NAT 转发 或 用户网络模式。
-
性能与安全性权衡
- 桥接模式 性能较高，但需要确保宿主机网络配置安全。
- NAT 模式 或 用户网络模式 更安全，但可能会有一定的性能损耗。
未来方向探讨
1. 简化虚拟化管理：砍掉OpenStack和VMware
除非有快照等特殊需求必须要使用到虚拟机，否则可以直接采用 Ceph + Kubernetes + Windows容器 的组合方案。Windows容器中的数据可以通过持久化存储（Ceph）来管理，减少对复杂虚拟化平台的依赖。
2. Windows服务容器化部署
对于必须部署在 Windows 上的服务（如 SQL Server、IIS 等），可以通过 Windows 容器进行部署。这样只需维护 Windows 容器的持久化数据即可，服务可以实现一键式部署和启动，降低运维复杂度。
3. Windows 容器结合 AD 实现私有云弹性使用
- Windows 容器接入 Windows AD 后，可以将容器直接分配给用户使用，实现私有云办公环境。
- 在需要时，通过启动新的 Windows 容器为用户分配资源，支持弹性升级配置，用户数据通过持久化存储保证安全可靠。
- 不需要时，可以关闭容器以减少资源消耗，提高系统效率。
4. 优化审计工具成本
如果公司引入了审计工具（如 IPG），该方案可以在一定程度上减少 IPG License 的数量需求。原因是部分用户处于等待状态时无需立即分配 Windows 容器，只需在使用时动态启动。
5. 网络管控统一化
通过 Kubernetes 接管 Windows 容器的网络管理，消除 VLAN 的概念，网络管理更加高效和简洁。
6. 简化高可用架构
最终的高可用架构只需重点管理 Ceph 和 Kubernetes 两个核心系统即可，极大地减少了管理的复杂度和运维工作量。
目前尚未进行实际环境搭建测试，但根据上述方案，构建一套全新的 HCI 高可用架构，在网络、性能和稳定性方面应该是可行的。
总结
这篇博文我们讨论了如何通过 Ceph + Kubernetes + Windows 容器 来优化现有的虚拟化和容器化架构。相比传统的 OpenStack 和 VMware，使用 Kubernetes 管理 Windows 容器不仅能减少不必要的资源浪费，还能简化整个系统的运维。
通过这种方式，我们可以轻松地将 SQL Server、IIS 等 Windows 服务容器化，并实现一键式部署和启动，确保数据持久化。对于需要接入 Windows AD 的企业环境，还能方便地进行用户管理，并按需启动、关闭容器，节省资源。
此外，使用 Kubernetes 来管理容器网络，也不再需要复杂的 VLAN 配置，让网络管理更加简单高效。而且，随着 Ceph 和 Kubernetes 提供的高可用解决方案，未来我们只需要管理这两个系统，就能实现更高的可靠性和扩展性。
总体来说，这个方案不仅提高了效率，还能有效降低企业的运维成本，是未来 IT 基础设施发展的一个不错方向。