虚拟化技术探讨(2)

        基于这一技术实现的主流VMS有VMware 的Workstation、Microsoft的Virtual PC和HP的xVM VirtualBox等。这些软件在近年来得到了迅速的推广和应用。但是，纯软件方式实现的虚拟机在测试、验证和管理维护方面比较费时，同时二进制码的翻译需要消耗处理器的很多计算资源，因此，纯软件虚拟化运行时的开销会造成系统运行速度变慢，有数据表明其引起的系统性能下降可能达5%~20%。
        3　硬件辅助虚拟化技术原理
        硬件辅助虚拟化技术最早起源于2005年8月Intel公布的Vanderpool技术，同年11月更名为VT技术，2006年2月进入测试阶段，同年3月发布了一套新的VT技术规范。该技术规范应用于PC和服务器系统，包括处理器VT技术和IO虚拟分配技术（Intel VT-d）。Intel和AMD公司在最近几年发布的CPU产品中都集成了VT技术，为进一步推动和发展虚拟化计算环境提供了硬件支持。
        ①最底层是支持VT技术的硬件层（包括处理器VT技术和IO虚拟分配技术Intel VT-d），而纯软件虚拟化的计算机层次结构中硬件层是不支持VT技术的；②最底层外面去掉HOST OS层改用VMM层来代替，VMM是Virtual Machine Monitor的缩写，称为虚拟机监视器，它的功能是直接管理和控制诸如处理器、存储系统、芯片组、IO设备等计算机硬件资源的同时为应用提供虚拟环境；③VMM层外面是VM（Virtual Machine）层，该层同纯软件虚拟的VM(图2中由Guest OS Layer和Applications构成)一样为用户提供满足应用需求的VM计算环境，用户在VM上可以完成一台物理计算机的全部功能。
        处理器VT技术由处理器生产商从硬件的角度来实现，具有设计简单、实施效率高、可靠的特点，它对如何在不同的情形下分配给VM中的Guest OS想要的Ring特权级别做了较大的改进和优化。该技术在处理器内部增加了10条额外的指令集VMX（Virtual Machine Extensions）：VMPTRLD、VMPTRST、VMCLEAR、VMREAD、VMWRITE、VMCALL、VMLAUCH、VMRESUME、VMXOFF和VMXON，VMM一方面调用这些指令使得处理器支持硬件虚拟化，另一方面则由VMM对虚拟机进行连续不间断的监视和管理。
        IO虚拟分配技术Intel VT-d是指在向VM分配 I/O 设备时，提供硬件支持，从而提升虚拟化环境中数据移动的稳定性，此规范补充了 PCI SIG I/O 虚拟工作组正在推动的工作，该工作组获得了业界的广泛支持。
        硬件辅助的虚拟机工作原理如图4所示。虚拟状态下有两种工作模式：root操作模式和非root操作模式。只有VMM能够运行在root操作模式下，而VM的Guest OS在虚拟机的顶层运行在非root操作模式下。要进入虚拟模式，VMM需要执行VMXON指令来调入VMM软件，VMM软件使用VMLAUNCH指令来进入每一个虚拟机，使用VMRESUME指令来退出。如果想要退出虚拟模式，可以让VMM运行VMXOFF指令即可。只要VMM支持，在图4中的每个VM系统可以安装和运行任何类型的操作系统，同时运行自身的应用软件。
        由于虚拟化硬件可提供全新的架构，在硬件层和VMM之间省掉了宿主操作系统（HOST OS），直接支持操作系统在VMM上面运行，从而无须进行二进制转换，减少了相关的硬件开销，极大地简化了VMM设计，进而使VMM能够按通用标准进行编码，计算机性能得到了更大的提高。
        目前，尽管Intel和AMD公司已经推出支持VT技术的处理器，但基于硬件辅助的虚拟化技术的VMM软件还在研发之中，要真正实现该技术，需要处理器、芯片组、BIOS、VMM软件的同时支持。可喜的是，Intel和VMware等厂商已经着手在研发之中了。

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说计算机虚拟化技术探讨(2)在线全文阅读。