虚拟化技术的分类

虚拟化技术的分类

虚拟化技术介绍

20世纪60年代，IBM公司推出虚拟化技术，主要用于当时的IBM大型机的服务器虚拟化。当然，现在的虚拟化技术已经成为构建云计算环境的一项关键技术。虚拟化技术的核心思想是利用软件或固件管理程序构建虚拟化层，把物理资源映射为虚拟资源。在虚拟资源上可以安装和部署多个虚拟机，实现多用户共享物理资源。23虚拟化技术完全虚拟化技术半虚拟化技术CPU虚拟化技术内存虚拟化技术I/O虚拟化技术完全虚拟化技术完全虚拟化技术，也称为全虚拟化技术，使用一个虚拟机模拟完整的底层硬件运行环境，包括CPU、内存、硬盘、网卡等。完全虚拟化的最大优点是操作系统无需任何更改就可以直接运行。唯一的限制是操作系统必须要支持底层硬件。4完全虚拟化技术完全虚拟化的运行速度要快于硬件模拟,但是性能方面不如裸机,因为Hypervisor需要占用一些资源.全虚拟化最大的优点是操作系统没有经过任何修改.它的唯一限制是操作系统必须能够支持底层硬件(比如,PowerPC).

完全虚拟化如图所示5半虚拟化技术半虚拟化(Paravirtualization)是另一种类似于全虚拟化的热门技术.它使用Hypervisor(虚拟机管理程序)分享存取底层的硬件,但是它的客户操作系统集成了虚拟化方面的代码.该方法无需重新编译或引起陷阱,因为操作系统自身能够与虚拟进程进行很好的协作.

半虚拟化技术如图所示6半虚拟化与完全虚拟化半虚拟化（Paravirtualization）：被虚拟化的系统（虚机，guest）能够意识到自己只是被虚拟化的，因此在发送一些硬件操作的指令时候会直接发给宿主机（host，dom0），通常guest要修改内核。全虚拟化（FullVirtualization）：guest系统意识不到自己其实是被虚拟的，直接就把host宿主机虚拟化的一些硬件当做真实的硬件在用。全虚拟化完全用软件虚拟出硬件，而半虚拟化可以直接利用硬件。7CPU虚拟化技术CPU虚拟化技术就是把物理CPU抽象成虚拟CPU，一个物理CPU在任意时刻只能运行一个虚拟CPU的指令。传统的x86构架的CPU有4个不同优先级，分别是Ring0，Ring1、Ring2、Ring3。Ring0的优先级最高，操作系统内核一般运行在这个级别，Ring1和Ring2用于操作系统服务，Ring3最低，应用程序通常运行在这个级别。虚拟化后的x86体系中，虚拟化层运行在Ring0级，客户操作系统运行在低于Ring0的级别。为了让客户操作系统实现完整的功能，客户操作系统中的某些线程必须运行在Ring0级别，需要不断地协调客户操作系统和宿主操作系统之间线程的优先级，因此会消耗大量的CPU和内存的处理能力。为了提高CPU虚拟化的效率，需要借助于硬件来完成不同层级的切换。8CPU虚拟化技术通常可以在CPU中加入新的指令集和处理器运行模式来完成与CPU虚拟化的相关功能，从而让客户操作系统直接在CPU上运行与虚拟化相关的指令，不用再小号额外的CPU处理能力。Intel的VT技术即在CPU中增加了一套称为VMX的指令集来处理虚拟化相关的操作。9内存虚拟化技术内存虚拟化技术即对物理机的内存统一管理，从而分配给若干个虚拟机使用，让每个虚拟机拥有独立的内存空间。VMM可以将客户的物理地址空间准确的映射到主机的物理地址空间，使之顺利完成虚拟化。VMM也可以根据每个虚拟机的不同需求，动态的分配相应内存。10I/O虚拟化技术I/O虚拟化技术对物理机的I/O设备统一管理，抽象成多个虚拟的I/O设备，从而分配给不同的虚拟机使用，响应来自每个虚拟机的I/O请求。11I/O虚拟化技术全设备虚拟化技术半虚拟化技术I/O虚拟化技术I/O全虚拟化技术

通过VMM模拟I/O设备（磁盘和网卡等）实现虚拟化。

Guest

OS所能看到就是一组统一的I/O设备。VMM截获Guest

OS对I/O设备的访问请求，然后通过软件模拟真实的硬件。这种方式对Guest而言非常透明，无需考虑底层硬件的情况。I/O半虚拟化技术

通过前端（Front-End）/后端（Back-End）模拟实现虚拟化。

Guest

OS中的驱动