计算虚拟化基础介绍

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计算虚拟化基础介绍

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虚拟化对未被充分利用的服务器进行整合，不再为新项目另外购置硬件，从而降低资本成本，同时，精简 数据中心服务器的数量，又可以成比例地减少供电、制冷和场地方面的运营成本。

利用先进的虚拟化管理和云运营管理软件，建立安全的、可审核的数据中心环境，为业务部门提供 成本更低、服务水平更高的基础架构，从而能够针对业务部门的需求做出快速的响应。

通过虚拟化管理和云运营管理软件，完全实现数据中心 IT 基础设施的集中化管理，这样不仅可以精简IT操作，提高管理效率，而且还可以简化监控、管理、报告和远程访问等操作。

最初的x86架构不适合于虚拟化

X86架构存在17条敏感的非特权指令，运行时不会产生异常，这些指令在客户操作系统上的执行会破坏整个系统。

解决方法1：半虚拟化（Para-Virtualization）

Xen 半虚拟化（Para-Virtualization）架构

在Hypervisor上运行的Guest OS已经集成了与半虚拟化有关的代码，使得Guest OS能够非常好地配合Hypervisor来实现虚拟化。

Hypervisor提供Hypercall接口来满足Guest OS的关键内核操作，如内存管理、中断和时间同步等。

解决方法2：BT（Binary Translation，二进制翻译）

全虚拟化

VMware ESX 的软件系统架构

Guest OS指令段在执行前进行整段翻译，将其中的敏感非特权指令替换为Ring0中执行对应特权指令。

非特权指令直接执行。

特权指令首先被陷入到VMM，并VMM通过一系列的模拟操作来实现此特权指令，然后返回给Guest OS，Guest OS从上次被中断的地方继续执行。

硬件辅助虚拟化

硬件辅助虚拟化-CPU

CPU硬件虚拟化—Intel VT-i

硬件辅助虚拟化—内存

IO虚拟化

客户机的设备驱动程序发起 I/O 请求操作请求,KVM 模块中的 I/O 操作捕获代码拦截这次 I/O 请求

经过处理后将本次 I/O 请求的信息放到 I/O 共享页 （sharing page），并通知用户空间的 QEMU 程序。

QEMU 程序获得 I/O 操作的具体信息之后，交由硬件模拟代码来模拟出本次I/O 操作。

完成之后，QEMU 将结果放回 I/O 共享页，并通知 KMV 模块中的 I/O 操作捕获代码。

KVM 模块的捕获代码读取 I/O 共享页中的操作结果，并把结果放回客户机。

主流的Hypervisor产品

ARM处理器模式—虚拟化模式

在 x86 架构中，与根模式相对应的是非根模式(non-root mode)，非根模式即传统的 CPU 模 式，包括Ring 0~Ring 3 的权限级；而在根模式中，也有对应的 Ring 0~Ring 3 的权限级。也就是说，根模式和非根模式是平行的；

而在 ARM 中，虚拟化模式和原有的几种模式是并列的，只是虚拟化模式拥有比管理模式更高 的权限等级。

KVM/ARM 虚拟化技术原理

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