全虚拟化技术(《虚拟化与云计算》)

该技术由两个组件实现。个是可加载的KVM模块。当安装在Linux内核中时，它可以管理虚拟化硬件并通过/proc传递。文件代表其功能。第二个组件用于模拟PC平台，并由QEMU的修改版本提供支持。QEMU作为用户空间中的进程执行，并根据客户作的请求与内核进行协调。

当一个新的作在KVM上启动时（通过一个名为kvm的实用程序），它就成为主机作的一个进程，因此可以像其他进程一样进行调度。但与传统的Linux进程不同，来宾作由虚拟机管理程序确定处于“来宾”模式（于内核和用户模式）。

每个客户作都通过/dev/kvm设备进行映射，它们都有自己的虚拟空间，该虚拟空间映射到主机内核的物理空间。前面提到，KVM利用底层硬件的虚拟化支持来提供全（本机）虚拟化能力。I/O请求通过主机内核映射到在主机（管理程序）上执行的QEMU进程。

KVM在Linux环境下作为服务器运行，但只要底层虚拟化硬件支持，就可以支持大量的客户作。

虚拟化技术介绍什么是虚拟化虚拟化技术最早出现在20世纪60年代的IBM大型机中，并在20世纪70年代的System370系列中逐渐流行，这些机器上运行虚拟机监控程序（VirtualMachineMonitor，VMM）生成多个虚拟机（虚拟机）可以在物理硬件上运行作软件的实例。近年来，随着多核、集群、甚至云计算的广泛普及，虚拟化技术在商业应用中的优势越来越明显。不仅降低了IT成本，还提高了的安全性和可靠性。虚拟化的概念也逐渐渗透到人们的工作和日常生活中。虚拟化是一个广泛的术语，对于不同的人来说可能意味着不同的事情，具体取决于他们的环境。在计算机科学领域，虚拟化代表了计算资源的抽象，并不局限于虚拟机的概念。例如，物理内存的抽象产生了虚拟内存技术，这使得应用程序认为自己拥有一个持久可用的空间（AddressSpace），实际上应用程序代码和数据可以跨页或多个碎片段共享。），甚至交换到磁盘、闪存等外部存储器，这样即使物理内存不足，应用程序也能顺利运行。虚拟化技术的分类虚拟化技术主要分为以下几类[1]：平台虚拟化（PlatformVirtualization），其目的是将计算机和作虚拟化。资源虚拟化（ResourceVirtualization），对特定资源的虚拟化，如内存、存储、资源等。应用虚拟化（ApplicationVirtualization），包括、模拟、渲染技术等。我们通常所说的虚拟化主要是指平台虚拟化技术，它通过使用控制程序（ControlProgram，也称为VirtualMachineMonitor或Hypervisor）来隐藏特定计算机平台的实际物理特性，为用户提供抽象、统一和模拟的功能。计算机环境（称为虚拟机）。运行在虚拟机上的作称为来宾作（GuestOS），运行虚拟机的作称为主机作（HostOS）。当然，有些虚拟机可以直接运行，无需OnTopoftheHardware（例如VMWARE的ESX产品）。运行虚拟机的真实称为主机。平台虚拟化技术可分为以下几个小类：全虚拟化（FullVirtualization）全虚拟化是指虚拟机模拟所有底层硬件，包括处理器、物理内存、时钟、外设等，通过做成原来的作或者由硬件创建的其他软件无需任何修改就可以在虚拟机中运行。作和真实硬件之间的交互可以看作是通过预定义的硬件接口发生的。完全虚拟化的VMM提供完全模拟硬件的所有接口（它还必须模拟执行特权指令的过程）。例如，在x86架构上，对于作切换进程页表，实际硬件通过提供特权寄存器CR3来实现这个接口，作只需要执行“movpgtable,%%cr3”汇编指令即可。全虚拟化的VMM必须完全模拟整个接口执行过程。如果设备没有提供对虚拟化的特殊支持，那么模拟过程将会非常复杂：一般情况下，VMM应该以优先级运行以完全控制主机，而GuestOS应该减少到不能。执行特权作。当GuestOS执行先前的特权汇编指令时，主机会生成异常（GeneralProtectionException），并将执行控制权从GuestOS转移回VMM。VMM预先给GuestOS分配一个变量作为CR3影子寄存器，将pgtable代表的guest物理（GuestPhysicalAddress）填充到CR3影子寄存器中，然后VMM还需要将pgtable翻译成主机物理（HostPhysicalAddress）并填充物理寄存器CR3。最后回到GuestOS。然后，VMM将处理复杂的GuestOS页面错误(PageFault)异常。最著名的完全虚拟化VMM包括MicrosoftVirtualPC、VMwareWorkstation、SunVirtualBox、ParallelsDesktopforMac和QEMU。半虚拟化是一种修改GuestOS部分代码以访问特权状态以便直接与VMM交互的技术。在半虚拟化虚拟机中，一些硬件接口以软件的形式提供给客户作，可以通过Hypercall（VMM向GuestOS提供的直接调用，类似于调用）来提供。例如，GuestOS修改了页表切换代码，调用Hypercall直接修改CR3影子寄存器并翻译。由于不需要创建额外的异常和模拟部分硬件执行过程，因此半虚拟化可以极大地提高性能，最著名的VMM包括Denali和Xen。硬件辅助虚拟化（Hardware-AssistedVirtualization）硬件辅助虚拟化是指在硬件（主要是主机处理器）的支持下实现高性能。