《KVM實戰(zhàn)：原理、進階與性能調優(yōu)》一1.2　虛擬化技術

1.2　虛擬化技術

1.2.1　什么是虛擬化

維基百科關于虛擬化的定義是：“In computing, virtualization refers to the act of creating a virtual (rather than actual) version of something, including virtual computer hardware platforms, storage devices, and computer network resources。”（在計算機領域，虛擬化指創(chuàng)建某事物的虛擬（而非實際）版本，包括虛擬的計算機硬件平臺、存儲設備，以及計算機網(wǎng)絡資源）可見，虛擬化是一種資源管理技術，它將計算機的各種實體資源（CPU、內(nèi)存、存儲、網(wǎng)絡等）予以抽象和轉化出來，并提供分割、重新組合，以達到最大化利用物理資源的目的。

廣義來說，我們一直以來對物理硬盤所做的邏輯分區(qū)，以及后來的LVM（Logical Volume Manager），都可以納入虛擬化的范疇。

結合圖1-4來看，在沒有虛擬化以前（我們抽掉Virtualization層），一個物理的主機（Sever、Storage、Network層）上面只能支持一個操作系統(tǒng)及其之上的一系列運行環(huán)境和應用程序；有了虛擬化技術，一個物理主機可以被抽象、分割成多個虛擬的邏輯意義上的主機，向上支撐多個操作系統(tǒng)及其之上的運行環(huán)境和應用程序，則其資源可以被最大化地利用。

如圖1-5所示的Virtual Machine Monitor（VMM，虛擬機監(jiān)控器，也稱為Hypervisor）層，就是為了達到虛擬化而引入的一個軟件層。它向下掌控實際的物理資源（相當于原本的操作系統(tǒng)）；向上呈現(xiàn)給虛擬機N份邏輯的資源。為了做到這一點，就需要將虛擬機對物理資源的訪問“偷梁換柱”—截取并重定向，讓虛擬機誤以為自己是在獨享物理資源。虛擬機監(jiān)控器運行的實際物理環(huán)境，稱為宿主機；其上虛擬出來的邏輯主機，稱為客戶機。

虛擬化技術有很多種實現(xiàn)方式，比如軟件虛擬化和硬件虛擬化，再比如準虛擬化和全虛擬化。下面將針對每種實現(xiàn)方式做一個簡單的介紹。

1.2.2　軟件虛擬化和硬件虛擬化

1.軟件虛擬化技術

軟件虛擬化，顧名思義，就是通過軟件模擬來實現(xiàn)VMM層，通過純軟件的環(huán)境來模擬執(zhí)行客戶機里的指令。

最純粹的軟件虛擬化實現(xiàn)當屬Q(mào)EMU。在沒有啟用硬件虛擬化輔助的時候，它通過軟件的二進制翻譯仿真出目標平臺呈現(xiàn)給客戶機，客戶機的每一條目標平臺指令都會被QEMU截取，并翻譯成宿主機平臺的指令，然后交給實際的物理平臺執(zhí)行。由于每一條都需要這么操作一下，其虛擬化性能是比較差的，同時其軟件復雜度也大大增加。但好處是可以呈現(xiàn)各種平臺給客戶機，只要其二進制翻譯支持。

2.硬件虛擬化技術

硬件虛擬化技術就是指計算機硬件本身提供能力讓客戶機指令獨立執(zhí)行，而不需要（嚴格來說是不完全需要）VMM截獲重定向。

以x86架構為例，它提供一個略微受限制的硬件運行環(huán)境供客戶機運行（non-root mode），在絕大多數(shù)情況下，客戶機在此受限環(huán)境中運行與原生系統(tǒng)在非虛擬化環(huán)境中運行沒有什么兩樣，不需要像軟件虛擬化那樣每條指令都先翻譯再執(zhí)行，而VMM運行在root mode，擁有完整的硬件訪問控制權限。僅僅在少數(shù)必要的時候，某些客戶機指令的運行才需要被VMM截獲并做相應處理，之后客戶機返回并繼續(xù)在non-root mode中運行。可以想見，硬件虛擬化技術的性能接近于原生系統(tǒng)，并且，極大地簡化了VMM的軟件設計架構。

Intel從2005年就開始在其x86 CPU中加入硬件虛擬化的支持—Intel Virtualization Technology，簡稱Intel VT。到目前為止，在所有的Intel CPU中，都可以看到Intel VT的身影。并且，每一代新的CPU中，都會有新的關于硬件虛擬化支持、改進的feature加入。也因如此，Intel x86平臺是對虛擬化支持最為成熟的平臺，本書將以Intel x86平臺為例介紹KVM的虛擬化。

應用性能調優(yōu) KVM 虛擬化

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