【虚拟化简介】

news2024/11/15 15:56:54

文章目录

虚拟化简介
- 什么是虚拟化？
- Hypervisor
- - 概念
  - Hypervisor模型
- 虚拟化技术的分类
- - 软件虚拟化和硬件虚拟化
  - - 软件虚拟化技术
    - 硬件虚拟化技术
参考资料

虚拟化简介

什么是虚拟化？

CPU处理能力的飞速提升。它的另一面也就意味着，个人单独拥有一台计算机，从资源利用效率角度来看，被大大闲置了的。

硬件对于软件来说，就是一堆寄存器和资源的总和。

虚拟化技术是一种资源管理技术，它可以将计算机的各种实体资源（如CPU、内存、磁盘空间、网络适配器等）予以抽象、转换后呈现出来，以达到最大化利用物理资源的目的。
并可供分割、组合为一个或多个计算机配置环境。虚拟化技术可以将一台物理计算机虚拟为多台逻辑计算机，每个逻辑计算机可以运行不同的操作系统，应用程序可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。

eg:云服务，将100台服务器硬件，提供给300个用户使用。

要实现虚拟化技术，引入了VMM中间软件层的概念。

Hypervisor

概念

Hypervisor——一种运行在基础物理服务器和操作系统之间的中间软件层，可允许多个操作系统和应用共享硬件。也可叫做VMM（ virtual machine monitor ），即虚拟机监视器。
Hypervisors是一种软件，它可以控制物理计算机的硬件资源，并将适量的CPU、内存、磁盘空间、网络适配器等硬件资源分配给虚拟机。

Hypervisor模型

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图 1 Hypervisor的两种模型

Type1（类型1）： Hypervisor也叫native或bare-metal Hypervisor（裸金属管理程序）。这类虚拟化层直接运行在硬件之上，没有所谓的宿主机操作系统。它们直接控制硬件资源以及guest机。典型地如Xen（见1.4.1节）和VMware ESX。

注：物理主机如SMP Server，称为host机；虚拟机中的OS称为guest机。

Type2（类型2）： Hypervisor运行在一个宿主机操作系统之上，如VMware Workstation；或系统里，如KVM。这类Hypervisor通常就是宿主机操作系统的一个应用程序，像其他应用程序一样受宿主机操作系统的管理。比如VMware Workstation就是运行在Windows或者Linux操作系统上的一个程序而已。 guest机是在宿主机操作系统上的一个抽象，通常抽象为进程（vCPU进程）。
今天要详细介绍的VMM(QEMU+KVM)是类型二的Hypervisor。

虚拟化技术的分类

软件虚拟化和硬件虚拟化

软件虚拟化技术

执行方式：软件虚拟化通过VMM（Virtual Machine Monitor）层纯软件的环境来模拟执行guest机里的指令。其中QEMU可以将使用guest机指令集的二进制代码转换为宿主机指令集的二进制代码，然后交给实际的物理平台执行。

guest二进制指令—>VMM截获—>转换为host指令集的二进制代码—>实际物理平台执行
在这里插入图片描述

图 2 软件虚拟化执行方式

guest机的每一条目标平台（x86、arm）指令都会被QEMU截取，并翻译成宿主机平台（x86、arm）的指令，然后交给实际的物理平台（x86、arm）执行。

缺点：由于每一条都需要这么操作一下，其虚拟化性能是比较差的，同时其软件复杂度也大大增加。
优点：可以呈现各种平台给guest机，只要其二进制翻译支持。

硬件虚拟化技术

执行方式：硬件虚拟化技术就是指计算机硬件本身提供能力让guest机指令独立执行，而不需要（严格来说是不完全需要） VMM截获重定向。

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图 3 硬件辅助虚拟化执行方式

AMD-V技术，全称AMD Virtualization，是AMD为其处理器开发的一种硬件辅助虚拟化技术。AMD-V实现了完全的硬件虚拟化，将VMM（虚拟机监视器）从Hypervisor完全转移到硬件中，提高虚拟化效率。

Intel VT技术，即Intel公司的Virtualization Technology，也是为解决纯软件虚拟化解决方案在可靠性、安全性和性能上的不足而开发的硬件辅助虚拟化技术。与AMD-V不同，Intel VT仅支持部分特性和指令集，例如用于存放虚拟机状态和控制信息的VMCS（虚拟机控制结构）等。

后文着重介绍Intel VT