CPU虚拟化、内存虚拟化、I/O虚拟化概念

记录一下自己对虚拟化的理解。

 

CPU虚拟化：

全虚拟化：主要利用模拟仿真技术，优先级压缩技术，二进制翻译技术。Guest OS认为自己是物理机，会发出ring0级别的指令产生权限异常，异常被vmm捕获后，陷入模拟仿真。

优先级压缩技术，使Guest OS运行在ring1下，VMM不能捕捉到敏感指令，所以二进制翻译将其转化为其它架构的指令，使敏感指令和特权指令重合，VMM可以捕捉到异常。

 

半虚拟化：修改Guest OS内核，使Guest OS知道自己是虚拟机，避免虚拟化的执行冲突，通过Hypercall（超级调用）技术直接将指令发送给VMM，让VMM处理。

全虚拟化

 

硬件辅助虚拟化：主要是Inter的VT-x 和 AMD-V 这两种技术。让VMM和Guest OS分别运行在root模式和非root模式下，让Guest OS的一般指令可以直接发送到硬件，而特权指令会切换到VMM去执行。

 

优缺点：全虚拟化效率低，半虚拟化效率高，但需要修改内核。

 

内存虚拟化：

全虚拟化：主要是运用了影子页表法。虚拟地址到物理地址的映射是先从VA到PA再到MA，然后通过影子页表法，将VA和MA通过P2M页表或者hash函数形成映射，可以减少一个查找的过程。在Guest OS的访存操作都会发生缺页中断，VMM就会捕捉到缺页异常，从而将其写入影子页表中，实现同步。

 

半虚拟化：修改操作系统的代码，主要运用页表写入法，剥夺guest OS写页表的权利。当客户机操作系统创建新页表，VMM也创建相同的页表，保存PV与MA的映射关系，当PV发生改变，VMM可直接从页表里读取到MA。

 

硬件辅助虚拟化：MM维护了一个EPT（扩展页表），通过硬件代替影子页表，VMM把扩展页表（EPT）设置到CPU中，客户机修改客户机页表，CPU自动查找客户机页表和EPT，完成VA到MA转换

 

优缺点：全虚拟化效率低，半虚拟化效率高，但需要修改代码，硬件辅助虚拟化效率高。

 

 

IO虚拟化：

全虚拟化：通过软件模拟的形式模拟IO设备。

 

半虚拟化：物理硬件资源统一由Hypervisor管理，由Hypervisor提供资源调用接口。虚拟子机通过特定的调用接口与Hypervisor通信，完整I/O资源控制操作。

 

硬件辅助虚拟化：Intel VT-d技术和Passthrough技术通过降低I/O操作中VMM的参与提升了虚拟机的I/O性能， SR-IOV标准在此基础上支持虚拟机对I/O设备的原生共享。

 

但也增加了虚拟机的I/O延迟。

 

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