虚拟化技术探讨论文

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1、虚拟化技术探讨论文.freel研究中心在实验室中实现的主机镜像，在随后的20多年时间里，该技术主要部署在巨型、大型和中型计算机中，随着互联网络技术、计算机技术特别是基于x86CPU的微型计算机的普及和应用需求的不断发展，虚拟化技术正在从日趋成熟的主流的服务器虚拟化、存储虚拟化技术蔓延到网络的各个角落，作为一种高速发展的技术.freelachine，简称VM）。虚拟化技术的实质是通过中间层次实现计算机资源的管理和再分配，实现资源利用的最大化，虚拟化分区带来的最大好处是使同一物理平台能够同时运行多个同类或不同类型的

2、操作系统，以分别作为不同业务和应用的支撑平台。实现虚拟化的技术主要有纯软件的虚拟化技术和硬件辅助虚拟化技术两种。前者是当前主流的虚拟化技术，具有成熟的应用，硬件辅助虚拟化技术是今后的发展方向。1纯软件的虚拟化技术原理传统的计算机层次结构分为三层，即硬件层（HardachineSoftS），根据实际应用需求，VMS可以将物理计算机虚拟出多个分区，每一个分区称为一个虚拟机（VirtualMachine，简称VM）。一个虚拟机与一台物理计算机的不同之处在于前者是一种技术规范，这类技术规范由一系列规则构成，与具体的计算

3、机无关，软件工程师可以采用任何他自已认为适当的手段来实现这些规则。虚拟机(VM)具有完整的计算机应用环境，包括硬件层（由VMS提供）、驱动接口层（由VMS提供）、操作系统（GuestOSLayer）及应用层（Applications），都是建立在计算机的应用环境上，属于用户级软件。这种虚拟化技术实现的关键在于VMS，由于X86处理器在保护模式下一共有4个不同的优先级，即Ring0、Ring1、Ring2和Ring3，其中Ring0的优先级最高，Ring3最低。Ring0用于操作系统内核，Ring1和Ring2用

4、于操作系统服务，Ring3用于应用程序。位于Ring0特权空间的操作系统可以优先访问各种硬件资源。VMS骗过HOSTOS直接调用Ring0来控制和排列各个分区（虚拟机）访问硬件资源的优先顺序，它要求在软件堆栈的较高层运行操作系统，通常是在Ring1或者与系统应用共用Ring3。基于这一技术实现的主流VMS有VMicrosoft的VirtualPC和HP的xVMVirtualBox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

5、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（IntelVT-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

6、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IntelVT-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HOSTOS层改用VMM层来代替，VMM是VirtualMachineMonitor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（VirtualMachine）层，该层同纯软件虚拟的VM(图2中由GuestOSLayer和App

7、lications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GuestOS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（VirtualMachineExtensions）：VMPTRLD、VMPTRST、VMCLEAR、VMREAD、VMCALL、VMLAUCH、VMRESUME、VMXOFF

8、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IntelVT-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PCISIGI/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：roo