ARM 虚拟化简介

计算机系统抽象架构

 虚拟化和抽象非常的类似

 常见的几种虚拟机

 

有两种类型的 Hypervisor/vmm

 科普一下早期的虚拟化实现方法，像Xen 和 linux kvm 都是基于硬件虚拟化来实现的，在早期的时候，没有硬件虚拟化技术之前，Hypervisor 的实现主要有两种，一种是半虚拟化，一种是全虚拟化

 基于上述两种技术的缺陷，ARM和INTEL 和 AMD等芯片厂商，都推出了硬件虚拟化的扩展技术来帮助简化hypervisor的实现，并且提高性能，下面是ARM硬件的虚拟化所做出的一些支持：

 这里的EL0  EL1  EL2分别相当于ARMv7 的 user mode 、supervisor mode 、Hyp mode.

针对ARM32，支持了LPAE的技术，大地址拓展技术，因为32位只支持4GB的内存，不一定是不满足需求的。

中断、时钟都可以虚拟化。硬件虚拟化比软件的虚拟化来讲，会节省很多overhead。因为有了硬件虚拟化的支持，所以hypervisor的实现 基本是基于硬件的 trap 和 软件的emulator 来实现的。guest os 访问一些特权寄存器或者指令，会让你进到 hypervisor ，然后会调用特权寄存器的访问函数来访问特权寄存器。如果是要访问硬盘，或者网络，会通过io 模拟器，来访问具体的模拟器。

 一个CPU的虚拟化的例子，CPU的虚拟化，就是让多个Guest os 分时的运行在同一个CPU上，都有自己独立的物理地址空间，让 hypervisor在EL2 层来帮助多个VM 来进行上下文的切换，这个和linux 进程的概念非常的相似，不过保存的上下文寄存器不一样，这里有两个重要的寄存器，一个是HCR_EL2 和 ESR_EL2。HCR_EL2 是用来配置VM的参数，就是产生trap的条件，什么情况下会产生trap ， 什么情况下不会产生trap，右边是一个运行两个VM的例子。WFI指令是说明自己工作做完了，是idle状态了。

 ARMV8 的特权寄存器，在hypervisor 中通过配置，都可以在guest os 中访问的

 

 关于内存的虚拟化，需要保证每个VM都有真实唯一的物理地址，在硬件虚拟化技术实现以前，是靠下图中“常见的内存虚拟化解决方法”来实现的，现在ARM 和 INTEL 都是通过 MMU二级地址转换来实现的，比如都是 0x00地址，对硬件地址翻译，VM可以获得独立的物理地址空间，而且是唯一的0x00地址，但真实的物理地址并不是唯一的(通过MMU 地址翻译了)。

 下面介绍一下 二级地址翻译：

 虚拟机的物理地址由 IPA (intermediate physical address)来描述

第二级翻译是有 hypervisor掌控

 虚拟机上的DMA 可通过SMMU

 

 

 中断虚拟化