對資源的抽象：
注意：本文討論的是系統虛擬化，而不是程序級虛擬化。
虛擬化技術分類：
半虛擬化（需要guest os的支援）
hypervisor (vmm)
hypervisor：
必須能夠控制硬體資源（cpu、記憶體、io等）
必須有效隔離客戶機（免受客戶機的威脅）
多客戶機之間強隔離
虛擬機器：
等價性（硬體資源的等價性）
高效性（emulator不夠高效，不被稱為虛擬機器）
亞馬遜、rackspace、阿里雲
基於linux核心
cpu虛擬化：
掃瞄guest os指令，對敏感指令進行替換；實現複雜，效率低。
不需要掃瞄guest os指令，效率很高。
cpu廠商從硬體上支援虛擬化指令。
記憶體虛擬化挑戰：
作業系統要求記憶體從0開始
作業系統要求記憶體位址連續
它的好處在於：低段記憶體連續、管理更高效、使用supertlbs加速訪問效率
mmu（記憶體管理單元）虛擬化技術：
通過修改核心使guest和hypervisor共享同一張頁表，使用段保護的方式對位址空間分段，讓guest無法訪問hypervisor的空間。這種技術廣泛應用於xenlinux32，因為無需切換頁表而相當高效，但安全性必須通過審計保證，且不支援windows。
當guest訪問虛擬位址時觸發page fault，hypervisor通過分析得知是guest的正常請求，於是將其翻譯為hypervisor的記憶體位址。該實現方案簡單，但因為它只能快取訪問過的虛擬位址，因此效率非常低。
在guest內部有一張頁表的同時，在hypervisor中為其建立一張對應的轉換表，即影子頁表。影子頁表的建立過程相對複雜（guest訪問虛擬記憶體，引發缺頁異常，hypervisor捕獲並查詢guest中的頁表，最終將guest到hypervisor的位址轉換關係放入影子頁表中）。該實現方案無需修改核心，但效率較低（相對物理機而言，xenlinux32的轉換效率為84%左右，而xenlinux64僅為65%左右）。
cpu廠商引入硬體支援，完成虛擬機器記憶體到物理機記憶體的轉換，整個過程無需hypervisor介入。而hypervisor唯一需要做的就是在建立虛擬機器時，將位址的對映關係放入cpu的某個暫存器當中。該實現方案的效率極高（相對物理機而言，使用4k頁的轉換效率可達95%以上，而使用2m頁可達98%以上）。
i/o裝置的工作原理：
hypervisor通過捕獲訪問，然後解碼並進行模擬。這種方式的效率很低，並且僅出現在早期的虛擬化中。
重新定義i/o架構，例如xen引入split diver，通過共享記憶體交換資料，摒棄了暫存器和dma的操作方式，因此效率很高，唯一的不足是軟體複雜度較高。採用pv虛擬化的i/o解決方案大量出現於商業級虛擬化軟體中，例如xen和kvm。
xen起源於2023年劍橋大學的開源專案，2023年發布xen2.0支援pv，2023年發布xen3.0支援pvhvm，後來被citrix以5億美元收購，目前xen仍處於研發狀態，最新的xen 4.6支援pvh。
xen的pv模式，需要修改guest os核心，將所有的i/o，中斷等重新定義，形成與x86完全不同的架構。而xen的hvm模式，借助cpu的硬體輔助（vt-x），將hypervisor執行在ring0，guest kernel執行在ring1上。hvm無需修改guest os核心。
xen還提供了另外一些技術：用於掛載pv驅動的xen bus，還有用於資訊儲存和交換的xen store。
xen對於i/o裝置的支援包括軟體模擬、半虛擬化（pv）和裝置直通。
xen的商業化雲平台包括：亞馬遜aws、阿里雲等。
kvm通過在linux核心中加入乙個模組，把linux核心擴充套件成為hypervisor。kvm最早由以色列的一家公司於2023年建立並引入linux核心。它依賴於vt技術，最初僅支援x86架構，後來被redhat以1億美元收購。
kvm基於linux核心開發而來，依賴intel vmx或amd svm技術，完成cpu和記憶體的虛擬化，借助what i/o架構實現i/o虛擬化。此外，kvm還通過para-virtualized spinlocks解決自旋鎖的效能損失問題，通過para-virtualized timing解決時間虛擬化的問題，通過para-virtualized huge page降低記憶體虛擬化開銷。
kvm的商業化雲平台包括：google gce、阿里雲ecs 2.0。
xen和kvm的共同點：借助硬體技術模擬cpu和記憶體，使用qemu模擬非關鍵裝置，通過pv增強虛擬化i/o的效能。
xen和kvm的不同點：xen是type-1 hypervisor而kvm是type-2；xen的軟體複雜度（**量）遠大於kvm。
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