計(jì)算虛擬化基礎(chǔ)介紹

虛擬化對(duì)未被充分利用的服務(wù)器進(jìn)行整合，不再為新項(xiàng)目另外購(gòu)置硬件，從而降低資本成本，同時(shí)，精簡(jiǎn) 數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的數(shù)量，又可以成比例地減少供電、制冷和場(chǎng)地方面的運(yùn)營(yíng)成本。

利用先進(jìn)的虛擬化管理和云運(yùn)營(yíng)管理軟件，建立安全的、可審核的數(shù)據(jù)中心環(huán)境，為業(yè)務(wù)部門提供 成本更低、服務(wù)水平更高的基礎(chǔ)架構(gòu)，從而能夠針對(duì)業(yè)務(wù)部門的需求做出快速的響應(yīng)。

通過虛擬化管理和云運(yùn)營(yíng)管理軟件，完全實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心 IT 基礎(chǔ)設(shè)施的集中化管理，這樣不僅可以精簡(jiǎn)IT操作，提高管理效率，而且還可以簡(jiǎn)化監(jiān)控、管理、報(bào)告和遠(yuǎn)程訪問等操作。

最初的x86架構(gòu)不適合于虛擬化

X86架構(gòu)存在17條敏感的非特權(quán)指令，運(yùn)行時(shí)不會(huì)產(chǎn)生異常，這些指令在客戶操作系統(tǒng)上的執(zhí)行會(huì)破壞整個(gè)系統(tǒng)。

解決方法1：半虛擬化（Para-Virtualization）

Xen 半虛擬化（Para-Virtualization）架構(gòu)

在Hypervisor上運(yùn)行的Guest OS已經(jīng)集成了與半虛擬化有關(guān)的代碼，使得Guest OS能夠非常好地配合Hypervisor來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬化。

Hypervisor提供Hypercall接口來(lái)滿足Guest OS的關(guān)鍵內(nèi)核操作，如內(nèi)存管理、中斷和時(shí)間同步等。

解決方法2：BT（Binary Translation，二進(jìn)制翻譯）

全虛擬化

VMware ESX 的軟件系統(tǒng)架構(gòu)

Guest OS指令段在執(zhí)行前進(jìn)行整段翻譯，將其中的敏感非特權(quán)指令替換為Ring0中執(zhí)行對(duì)應(yīng)特權(quán)指令。

非特權(quán)指令直接執(zhí)行。

特權(quán)指令首先被陷入到VMM，并VMM通過一系列的模擬操作來(lái)實(shí)現(xiàn)此特權(quán)指令，然后返回給Guest OS，Guest OS從上次被中斷的地方繼續(xù)執(zhí)行。

硬件輔助虛擬化

硬件輔助虛擬化-CPU

CPU硬件虛擬化—Intel VT-i

硬件輔助虛擬化—內(nèi)存

IO虛擬化

客戶機(jī)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序發(fā)起 I/O 請(qǐng)求操作請(qǐng)求,KVM 模塊中的 I/O 操作捕獲代碼攔截這次 I/O 請(qǐng)求

經(jīng)過處理后將本次 I/O 請(qǐng)求的信息放到 I/O 共享頁(yè) （sharing page），并通知用戶空間的 QEMU 程序。

QEMU 程序獲得 I/O 操作的具體信息之后，交由硬件模擬代碼來(lái)模擬出本次I/O 操作。

完成之后，QEMU 將結(jié)果放回 I/O 共享頁(yè)，并通知 KMV 模塊中的 I/O 操作捕獲代碼。

KVM 模塊的捕獲代碼讀取 I/O 共享頁(yè)中的操作結(jié)果，并把結(jié)果放回客戶機(jī)。

主流的Hypervisor產(chǎn)品

ARM處理器模式—虛擬化模式

在 x86 架構(gòu)中，與根模式相對(duì)應(yīng)的是非根模式(non-root mode)，非根模式即傳統(tǒng)的 CPU 模 式，包括Ring 0~Ring 3 的權(quán)限級(jí)；而在根模式中，也有對(duì)應(yīng)的 Ring 0~Ring 3 的權(quán)限級(jí)。也就是說，根模式和非根模式是平行的；

而在 ARM 中，虛擬化模式和原有的幾種模式是并列的，只是虛擬化模式擁有比管理模式更高 的權(quán)限等級(jí)。

KVM/ARM 虛擬化技術(shù)原理

本文來(lái)自“計(jì)算虛擬化基礎(chǔ)介紹”，主要介紹虛擬化的產(chǎn)生與發(fā)展，KVM的CPU、內(nèi)存和IO虛擬化，ARM和X86的比較。