虚拟化分类和实现原理

6、虚拟化分类

（1）完全虚拟化

直接将Hypervisor跑在0环内核态，客户机os跑在1环，一旦触发敏感指令，由0环的VMM进行捕获翻译，从而模

拟这些指令。而运行在1环的GuestOS永远都不知道自己是个虚拟机。是完全通过软件来实现的二进制翻译BT（Binary Translation）。也可以说叫基于软件的完全虚拟化。

1）CPU的权限级别分为0、1、2、3，级别依次降低，

2）其中0环跑的是OS，权限最高，可以执行特权指令。1环和2环跑的是驱动程序。3环跑的是应用软件，权限最低。

3）0环主要是内核态，3环是用户态

虚拟化的引入，就发生了变化

特点：虚拟机不知道自己是个虚拟机，所有的敏感指令店铺需要借助VMare（VMM）进行翻译，翻译成宿主机OS能够捕捉到的指令，反应速度很慢。所谓的虚拟机里面的操作，必须跟物理机完全一致就是，虚拟机例如创建文件等操作，需要经过VMM，向宿主机申请磁盘空间。

特权指令：对于一些敏感的管理和读写指令被定位为特权指令，只有处于Ring0才能执行。否则会丢异常

敏感指令：由于虚拟化的引入，由于OS现在处于Ring1所以不能执行特权指令，所以就由Ring0的VMM来执行，

注意：以上的这种叫做VMware BT（Binary Translation：二进制翻译技术），就是所谓的完全虚拟化/基于软件的完全虚拟化

（2）XEN虚拟化（半虚拟化）

虚拟化层位于硬件和0环之间，让guestOS直接跑在0环，并且对guestos操作系统进行修改，以便可以对虚拟化层进行超级调用。虚拟化层可以理解为domain0特权虚拟机，客户机直接跑在了0环，因此，速度要比基于软件的完全虚拟化要快。但是需要修改客户机操作系统，因此不支持windows。

1）需要修改客户机（修改虚拟机操作系统内核），修改的目的是为了提升虚拟机的性能

2）例如el5.1，el5.1xen，domain0是直接运行在操作系统的内核上，所以是本身的OS的一部分，其中特权虚拟机是管理基于XEN的虚拟机

3）ParaVirtualization：半虚拟化 / 类虚拟化

4）XEN不支持Windows，因为Windows是闭源的

5）特点：效率快，是相对于VMware，虚拟机有自知之明，知道自己是个虚拟机，特权指令敏感指令要经过domain0这个特权虚拟机来执行，必须升级内核才能使用。维护庞大的内核，所有内核模块，驱动程序都需要重新编译，重新安装，工作量及其大。一旦升级内核，和内核相关的所有的内核模块，驱动都需要重新编译。意味着要经常维护一套庞大的内核，这就是XEN问题所在。

（3）硬件辅助虚拟化

引入了root级别和非root级别。简单来说，硬件和vmm（hypervisor）都运行在root级别，通过cpu硬件直接捕获敏感指令集，完成虚拟化。包括英特尔虚拟化技术(VT-x)和AMD的AMD-V，它们允许 VMM在环0以下以新的根模式运行。特权和敏感的调用被设置为自动捕获到管理程序，从而消除了二进制转换和 paravirtualization半虚拟化。

总结：

（1）KVM是属于完全虚拟化的范畴

（2）完全虚拟化：基于软件的完全虚拟化方案是VMware，基于硬件的完全虚拟化方案是CPU硬件辅助虚拟化

（3）半虚拟化：XEN

注意：XEN是虚拟化的一种，而不是半虚拟化就是XEN。半虚拟化是为了解决早期的X86架构问题而提出的（因为早期的X86架构限制了CPU的性能），刚好XEN采用的就是。现在的XEN在有CPU硬件辅助的支持下，也支硬件辅助的完全虚拟化