从虚拟化谈起（一）

从虚拟化谈起（一）

        虚拟化技术指将一台计算机虚拟为多台虚拟计算机(简称虚拟机)，即一台计算机上同时运行多个虚拟机。通过虚拟化层（又称为虚拟机监控器，VMM）的模拟，虚拟机的操作系统仍然认为自己是独占一个系统，因此虚拟机可运行不同的操作系统，每个虚拟机都有自己的CPU，内存，IO设备等各种硬件设备，并且虚拟机之间彼此独立。如下图

       在没有虚拟化存在下，OS(操作系统)直接运行在物理硬件上，管理硬件资源。在虚拟化环境中，VMM不仅充当了OS的部分或者全部角色，对下管理真实的硬件，对上呈现虚拟机的硬件平台。VMM技术可以分为三类：Hypervisor模型、Hosted模型和混合模型。下图左为Hyervisor模型，右图为Hosted模型。

        在Hypervisor模型中，VMM不仅仅充当OS的全部角色，而且还需提供虚拟化功能。VMM管理CPU、内存和I/O设备等所有硬件资源，同时要负责CPU虚拟化、内存虚拟化、I/O设备虚拟化。VMM同时具备了管理物理硬件资源能力和提供虚拟化功能，所以物理资源的虚拟化效率会比较高，在安全方面，虚拟机的安全只依赖VMM的安全。但是VMM既充当了OS的角色又提供虚拟化业务，因此OS的很多功能都必须在VMM中重新实现，这无疑加重了VMM的实现难度。

        在Hosted(宿主)模型中，物理硬件资源由宿主的OS管理，VMM通常是Hosted中OS的独立的内核模块，VMM调用OS的服务来获取CPU、内存和I/O设备的信息，实现硬件虚拟化。Hosted模型最大的优点是可以充分利用现有操作系统的设备驱动程序，VMM无需为I/O设备实现驱动程序，因此VMM可以专注提供虚拟化功能，处理虚拟化业务。Hosted模型的缺点是VMM需要调用宿主OS的服务来获取硬件资源进行虚拟化，如果这些系统服务在设计之初并没有考虑到虚拟化的相关需求，那么可能对虚拟化的效率的功能造成一定影响。

        混合模型均衡了Hyervisor模型和Hosted模型的优缺点。这里不做进一步讨论。

下篇介绍虚拟化的条件。

参考资料：《虚拟化技术原理与实现》 广小明 胡杰等 电子工业出版社 2012.10