计算机虚拟化

什么是虚拟化?

• 物理资源(CPU、硬盘)通过中间的软件层转化成虚拟资源（Vcpu、虚拟内存、虚拟硬盘）虚拟化资源会给虚拟机使用，虚拟化的优势

  • 提高资源利用率
  • 虚拟机可移植性强(实现对虚拟机的迁移也就是去迁移磁盘文件和配置文件)

• 虚拟级的底层形式文件(主要：磁盘文件、配置文件)

  • 磁盘文件 虚拟机啊的磁盘在底层的存放形式，不同的虚拟化的格式
  • 配置文件 虚拟机的配置信息(网卡信息、cpu信息、系统的信息)
    

计算虚拟化发展史

物理服务器的架构和虚拟机的架构

虚拟化的分类

• 1型虚拟化(裸金属型)：是在应将之上直接虚拟化层在虚拟化层之上运行虚拟机(vmm(虚拟化层)高于硬件之上)，比如Fusioncompute(华为)，通常用于服务器上
• 2型虚拟化(宿主型虚拟化)： 虚拟化层是在操作系统之上(软件实现)比如:VMware Workstation virtbox(甲骨文)软件，通常用于个人PC上

计算虚拟化

CPU虚拟化

• CPU虚拟化 内存虚拟化 I/O设备的虚拟化
  • CPU虚拟化：硬件–>VMM(虚拟机监视程序)–>Guest os(虚拟机操作系统)–>app
    • 当Guest OS执行到特殊指令的时候，系统会切换到VMM，让VMM来处理特殊指令
  • 经典虚拟化:基于Power pc cpu架构
    • Power pc cpu架构和传统的X86架构不同的是指令集的不同，有部分指令无法被虚拟化层拦截（X86架构的16条指令），没有通过虚拟化层的转译，硬件无法识别指令从而会引发一些错误，因此CPU虚拟化分为:全虚、半虚、硬虚
• CPU虚拟化分为全需、半虚、硬虚
  • 全需：将所有指令都收集到虚拟化层进行处理
    • 优势：不需要修改Guest os
    • 劣势：虚拟化层开销大，从而导致CPU虚拟化的效率不高
  • 半虚:设计理念是将16条指令，由VMM(虚拟化层)移向Guest OS(虚拟机操作系统)自身

    通过主动的方式由Guest OS去处理这些指令，而不是被移交给VMM做处理。在这种设计理念下，就需要修改Guest OS内核。
    使其在虚拟化进程中捕捉到特殊指令，并直接通过Guest os内核对CPU进行操作，因为中间少了VMM的虚拟化封装解码等等操作，所以对CPU性能的损耗会非常低从而使虚拟机效率高

    • 优点：虚拟化层的开销小
    • 劣势：需要修改虚拟机操作系统
      • 因为一般Guet os虚拟机操作系统，是不会直接交给虚拟化层，需要修改Guest os内核(目前支持x86、mips、arm这些内核版本)
  • 硬虚(硬件辅助虚拟化)：Guest OS执行到特殊指令可以直接下达到计算机系统硬件去处理，而不需要通过VMM去处理
    • 优点:虚拟化效率最高
    • 缺点:需要CPU支持硬件辅助虚拟化
      • 如：Intel基于x86架构的硬件辅助虚拟化技术Intel VT(Intel Virtualization Technology)和Amd的and-v。

内存虚拟化

• KVM(基于内核的虚拟机)是一种内建于Linux中的开源虚拟化技术,可将Linux转变为虚拟机监控程序，使主机计算机能够运行多个隔离的虚拟环境，即虚拟pc机或虚拟机（VM）。
  • 由标准的Linux程序进行调度，并且使用专门的虚拟硬件，如网卡、图形适配器、CPU、内存和磁盘等。
• 要实现内存虚拟化,让客户机使用一个隔离的、从零开始且具有连续的内存空间，KVM引入一层新的地址空间，即虚拟pc机物理地址空间(GPA)。
  • 这个地址空间并不是真正的物理地址空间，它只是宿主机虚拟地址空间在虚拟PC机地址空间的一个映射。

  对虚拟PC机来说，PC机物理地址空间都是从零开始的连续的地址空间，但分布在宿主机上的物理内存来说这并不是连续的

I/o虚拟化

• I/O设备是可对数据进行输入输出的如:磁盘、网卡
• I/o虚拟化分为全虚、半虚、I/o透传
• Qemu I/o虚拟化 是个软件

后续 会继续完善！