CPU虚拟化、内存虚拟化、I\O虚拟化

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CPU虚拟化

完全虚拟化:可以依靠虚拟化层来对虚拟出虚机所需要的全部资源，这时候我们的OS是完全无感知的，并且完全不需要更改内核，这是一个纯软件驱动的虚拟化，优点是移植性较好。这种架构的情况下，用户OS对硬件发送指令会产生异常事件（因为此时OS无法直接驱动硬件，但是自己却没有感知），这些异常事件会被VMM虚拟化层捕捉到，然后VMM进行翻译向硬件发送请求。但是在intel-X86的OS中，一些敏感指令无法产生异常事件，那么就不会被捕捉，进而无法对硬件进行操作，这是完全虚拟化的一种瓶颈。但是现在完全虚拟化是进行二进制翻译，对特权指令进行二进制的翻译，提高翻译率。这对VMM的要求高。半虚拟化：和完全虚拟化的架构一样，但是这个是需要来修改OS的内核来使得OS可以感知到自己在虚拟化层之上。用户发送特权指令是触发一个hypercall来翻译用户的指令，性能好点。硬件辅助虚拟化：将CPU分为两种状态root mode和non-root mode，特权指令在root模式下，非特权是non-root,这种模式下VMM只是一种透传的功能，但是前提是硬件支持虚拟化。 ) Q- C4 a" d% I6 A9 D; y, T

举例说明：

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一个物理设备16核，复用率是2，然后虚拟化层给我们虚拟出了32个vCPU，那么如果我分给一个虚机16个VCPU，是对应物理的设备的一个核或者几个核，还是分别对应16个核？

答案是16核一一对应的。算法会尽量地并行处理任务。以此来提高事件处理的速度。

内存虚拟化

内存复用技术，可以提高50%虚拟机的密度，最高可以提高150%，但是虚拟机的密度越高，用户的体验就越差。

1.内存共享，写时复制：多个虚机未用的空间会映射到同一个物理内存未用的空间，此时这个空间只有只读的权限。当虚机需要对内存写数据的时候，会临时开辟一个新的空间给虚机使用。

2.内存置换：如果此时虚机需要30G的内存并且都是数据跑满的情况下，但是物理内存只有20G，此时内存会拿DISK10G内存，而VMM会把热数据（访问次数较高的数据）存储在物理内存中，把冷数据（长时间不被别人访问的数据）存储在磁盘disk中，这样来回的置换，以此来提高用户的体验，这样置换的原因是假如这个disk是机械硬盘的话，用户的访问就会特别慢。体验也会变差。

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3.内存气泡：VMM通过映射表把虚机内空闲的碎片化的内存拼凑起来，拼成一个大的内存，来给更多的虚机使用(注意：在实际当中，如果这些技术在都打开的情况下，那么这三种技术都会混合使用，我们是不知道是使用的哪一种，虚机的密度越高的话用户的体验就越差。)

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I/0虚拟化

1.完全虚拟：完全使用软件来模拟真实的硬件，这样捕捉的话路径较长，性能较差。

2.半虚拟化：虚机的前驱指令会直接由VMM转发给硬件的后驱Doamin0原生驱动处理，然后驱动程序在转发给相应的外设，VMM参与较少，路径会减少，性能会变好。

3.IO-through:I/O透传：直接分配给虚拟的物理设备，此时的设备需要支持虚拟化，在VMM上安装驱动，直接映射到虚机上，VMM只是做透传作用，这样的话是最优的一种方案。

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目前完全虚拟化和半虚拟化都是朝着硬件虚拟化上发展，随着硬件虚拟化的发展，VMM的瓶颈会降低，用户的体验也会大大的增加！

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