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【云计算】云主机的亲和性策略（三）：云主机宿主机

backend 2025/8/6 3:30:45

《云主机的亲和性策略》系列，共包含以下文章：

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理解云主机（虚拟机）和宿主机（物理服务器）的关系，是掌握云计算基础架构的核心。它们之间的关系可以类比为 “公寓与大楼” 或 “租户与房东”。

1. 核心关系：虚拟化层隔离

宿主机（Host Machine）
- 物理存在的服务器，部署在数据中心。
- 拥有真实硬件资源：CPU、内存、磁盘、网卡等。
- 例如：一台戴尔 PowerEdge R750 服务器（2 × Intel Xeon CPU + 512GB 内存 + 10TB SSD）。
云主机（Guest Machine / VM）
- 通过 虚拟化技术（如 KVM、Xen、Hyper-V）在宿主机上创建的 虚拟计算实例。
- 从宿主机 “切割” 资源（如分配 4 核 CPU + 16GB 内存 + 200GB 磁盘）。
- 关键特点：
  - 用户感知为一台独立服务器（可远程登录、安装操作系统）。
  - 实际资源由宿主机底层硬件支撑。

作用：在宿主机操作系统（Host OS）或裸机上运行，管理硬件资源并分配给云主机。
类型：
- 裸机虚拟化：直接运行在硬件上（如 ESXi、Xen）。
- 宿主机虚拟化：运行在操作系统上（如 VirtualBox，公有云极少用）。
核心功能：
- 资源隔离：确保多个云主机互不干扰（如 A 云主机崩溃不影响 B）。
- 资源调度：按需分配 CPU 时间片、内存、I/O 带宽。

资源类型	宿主机 → 云主机映射关系
CPU	虚拟 CPU（vCPU）绑定到物理 CPU 核心或线程。
内存	通过内存分页技术（如 Ballooning）动态分配物理内存。
磁盘	虚拟磁盘文件（如 `qcow2` 格式）存储在宿主机的 SSD / HDD。
网络	虚拟网卡（vNIC）映射到宿主机的物理网卡（通过 OVS 等）。

用户视角：云主机看到的是虚拟化后的 “模拟硬件”（如 Intel E5-2680 vCPU）。
实际物理资源：由宿主机统一管理，对用户透明。

调度流程示例（用户创建云主机时）：

特性	说明
资源超卖	宿主机可分配超过 $100%100\%$ 的资源（如总内存 512GB，卖出 10 × 64GB = 640GB）。
快速弹性	秒级创建/销毁云主机（无需采购物理机）。
硬件故障隔离	单台宿主机宕机时，云平台自动迁移其上的云主机到其他宿主机（`Live Migration`）。

“吵闹邻居” 问题：
- 若某云主机过度占用宿主机资源（如疯狂读写磁盘），同宿主机上的其他云主机性能将下降。
- → 解决方案：云平台通过 QoS（服务质量策略）限制单 VM 的资源抢占。
宿主机故障影响范围：
- 单台宿主机宕机可能导致其承载的 所有云主机同时中断（除非提前分散部署）。
- → 反亲和性策略 可规避此风险。
性能损耗：
- 虚拟化层引入额外开销（通常 CPU $<5%<5\%$ ，网络/存储 $<10%<10\%$ ），但对大多数应用可忽略。

用户视角：
- 购买的是 “云主机”（如 AWS EC2、阿里云 ECS），只需关注规格和操作系统。
- 无法选择或感知底层宿主机（厂商隐藏细节）。
云厂商视角：
- 运维数万台宿主机组成的资源池。
- 通过调度算法最大化资源利用率（如混合部署 CPU / 内存密集型负载）。
- 硬件故障时自动迁移云主机（用户通常无感知）。