虛擬化技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

時(shí)間：2017-02-10 16:10:00 謝君787由分享

　　在實(shí)際的生產(chǎn)環(huán)境中，虛擬化技術(shù)主要用來(lái)解決高性能的物理硬件產(chǎn)能過(guò)剩和老的舊的硬件產(chǎn)能過(guò)低的重組重用，透明化底層物理硬件，從而最大化的利用物理硬件，以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于虛擬化技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)的內(nèi)容，希望大家喜歡!

　　虛擬化技術(shù)的定義

　　虛擬化技術(shù)與多任務(wù)以及超線程技術(shù)是完全不同的。多任務(wù)是指在一個(gè)操作系統(tǒng)中多個(gè)程序同時(shí)一起運(yùn)行，而在虛擬化技術(shù)中，則可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，而且每一個(gè)操作系統(tǒng)中都有多個(gè)程序運(yùn)行，每一個(gè)操作系統(tǒng)都運(yùn)行在一個(gè)虛擬的CPU或者是虛擬主機(jī)上;而超線程技術(shù)只是單CPU模擬雙CPU來(lái)平衡程序運(yùn)行性能，這兩個(gè)模擬出來(lái)的CPU是不能分離的，只能協(xié)同工作。

　　虛擬化技術(shù)也與VMware Workstation等同樣能達(dá)到虛擬效果的軟件不同，是一個(gè)巨大的技術(shù)進(jìn)步，具體表現(xiàn)在減少軟件虛擬機(jī)相關(guān)開(kāi)銷(xiāo)和支持更廣泛的操作系統(tǒng)方面。

　　純軟件虛擬化解決方案存在很多限制。“客戶(hù)”操作系統(tǒng)很多情況下是通過(guò)VMM(Virtual Machine Monitor，虛擬機(jī)監(jiān)視器)來(lái)與硬件進(jìn)行通信，由VMM來(lái)決定其對(duì)系統(tǒng)上所有虛擬機(jī)的訪問(wèn)。(注意，大多數(shù)處理器和內(nèi)存訪問(wèn)獨(dú)立于VMM，只在發(fā)生特定事件時(shí)才會(huì)涉及VMM，如頁(yè)面錯(cuò)誤。)在純軟件虛擬化解決方案中，VMM在軟件套件中的位置是傳統(tǒng)意義上操作系統(tǒng)所處的位置，而

　　操作系統(tǒng)的位置是傳統(tǒng)意義上應(yīng)用程序所處的位置。

　　虛擬化技術(shù)是一套解決方案。完整的情況需要CPU、主板芯片組、BIOS和軟件的支持，例如VMM軟件或者某些操作系統(tǒng)本身。即使只是CPU支持虛擬化技術(shù)，在配合VMM的軟件情況下，也會(huì)比完全不支持虛擬化技術(shù)的系統(tǒng)有更好的性能。

　　兩大CPU巨頭Intel和AMD都想方設(shè)法在虛擬化領(lǐng)域中占得先機(jī)，但是AMD的虛擬化技術(shù)在時(shí)間上要比Intel落后幾個(gè)月。Intel自2005年末開(kāi)始便在其處理器產(chǎn)品線中推廣應(yīng)用Intel Virtualization Technology(Intel VT)虛擬化技術(shù)。

　　而AMD方面也已經(jīng)發(fā)布了支持AMD Virtualization Technology(AMD VT)虛擬化技術(shù)的一系列處理器產(chǎn)品，包括Socket S1接口的Turion 64 X2系列以及Socket AM2接口的Athlon 64 X2系列和Athlon 64 FX系列等等，并且絕大多數(shù)的AMD下一代主流處理器，包括即將發(fā)布的Socket F接口的Opteron都將支持AMD VT虛擬化技術(shù)。

　　虛擬化技術(shù)的原理

　　虛擬機(jī)是對(duì)真實(shí)計(jì)算環(huán)境的抽象和模擬，VMM 需要為每個(gè)虛擬機(jī)分配一套數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)管理它們狀態(tài)，包括虛擬處理器的全套寄存器，物理內(nèi)存的使用情況，虛擬設(shè)備的狀態(tài)等等。VMM 調(diào)度虛擬機(jī)時(shí)，將其部分狀態(tài)恢復(fù)到主機(jī)系統(tǒng)中。并非所有的狀態(tài)都需要恢復(fù)，例如主機(jī) CR3 寄存器中存放的是 VMM 設(shè)置的頁(yè)表物理地址，而不是 Guest OS 設(shè)置的值。主機(jī)處理器直接運(yùn)行 Guest OS 的機(jī)器指令，由于 Guest OS運(yùn)行在低特權(quán)級(jí)別，當(dāng)訪問(wèn)主機(jī)系統(tǒng)的特權(quán)狀態(tài)(如寫(xiě) GDT寄存器)時(shí)，權(quán)限不足導(dǎo)致主機(jī)處理器產(chǎn)生異常，將運(yùn)行權(quán)自動(dòng)交還給 VMM。此外，外部中斷的到來(lái)也會(huì)導(dǎo)致 VMM 的運(yùn)行。

　　VMM 可能需要先將該虛擬機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)寫(xiě)回到狀態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，分析虛擬機(jī)被掛起的原因，然后代表 Guest OS 執(zhí)行相應(yīng)的特權(quán)操作。最簡(jiǎn)單的情況，如Guest OS 對(duì) CR3 寄存器的修改，只需要更新虛擬機(jī)的狀態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)即可。一般而言，大部分情況下，VMM 需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的流程才能完成原本簡(jiǎn)單的操作。最后 VMM 將運(yùn)行權(quán)還給 Guest OS，Guest OS 從上次被中斷的地方繼續(xù)執(zhí)行，或處理 VMM “塞”入的虛擬中斷和異常。這種經(jīng)典的虛擬機(jī)運(yùn)行方式被稱(chēng)為 Trap-And-Emulate，虛擬機(jī)對(duì)于 Guest OS 完全透明，Guest OS 不需要任何修改，但是 VMM 的設(shè)計(jì)會(huì)比較復(fù)雜，系統(tǒng)整體性能受到明顯的損害。