《虛擬機(jī)淺析》word版(文件)
【正文】 時(shí)，可能因?yàn)橛龅教貦?quán)指令而觸發(fā) CPU 異常。然而這樣的指令又不屬于特權(quán)指令， VMM 根本無(wú)法通過(guò) CPU 異常來(lái)捕捉。而一些 CPU 為了更好地支持虛擬化，也可能通過(guò)一些擴(kuò)展來(lái)規(guī)避非特權(quán)的敏感指令。而客戶操作系統(tǒng)認(rèn)為的物理地址實(shí)際上是 VMM 提供的虛擬地址，這個(gè)地址還需要通過(guò)由 VMM 維護(hù)的頁(yè)表來(lái)進(jìn)行二次映射，才能得到真正的物理地址。這樣一來(lái)，客戶操作系統(tǒng)的虛擬地址就只需要一次映射便能得到物理地址了。一般來(lái)說(shuō)可以利用 CPU 特權(quán)來(lái)保護(hù)這些頁(yè)表所在的內(nèi)存，當(dāng)客戶操作系統(tǒng)需要更新它們時(shí)將觸發(fā) CPU 訪存 異常。 VMM 需要模仿硬件接口實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備 (這一點(diǎn)我覺(jué)得是最復(fù)雜的 )，然后讓客戶操作系統(tǒng)看到這些虛擬設(shè)備。再比如， VMM給各客戶操作系統(tǒng)提供的網(wǎng)卡，可能是復(fù)用實(shí)際的網(wǎng)卡來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 而像時(shí)鐘中斷這樣的東西，一般每 1ms 會(huì)觸發(fā)一次。不知道這樣是否可行 ? 準(zhǔn)虛擬化方案 如上面說(shuō)到的，要想為客戶操作系統(tǒng)提供一套完整的虛擬機(jī)環(huán)境， VMM 要做的事情還是非常多的，并且有一些事情還是很礙于效率的。但是 方案的缺點(diǎn)是：修改操作系統(tǒng)比較麻煩，并且隨著操作系統(tǒng)主干版本的升級(jí)，修改版本可能也需要隨時(shí)同步升級(jí)。 。 看了幾天的虛擬機(jī)，感覺(jué)里面的水還是非常之深，并且還找不到一本合適的引人深入的書(shū)。于是客戶操作系統(tǒng)會(huì)主動(dòng)調(diào)用 VMM 的接口來(lái)請(qǐng)求需要的操作 (就像進(jìn)程使用系統(tǒng)調(diào)用那樣 )，而不是冒失地去直接操作，再被 VMM 捕獲異常。并且隨著客戶操作系統(tǒng)的個(gè)數(shù)增加，情況將會(huì)進(jìn)一步惡化。 中斷的虛擬化 除了上述三個(gè)虛擬化方面外，中斷的虛擬化也是必不可少的。比如，VMM 給某個(gè)客戶操作系統(tǒng)提供的一個(gè)虛擬磁盤(pán)，實(shí)際上可能是真實(shí)磁盤(pán)的一個(gè)分區(qū)，或者是其中的一個(gè)文件。 設(shè)備的虛擬化 客戶操作系統(tǒng)里面的驅(qū)動(dòng)程序是直接操作硬件設(shè)備的，對(duì)于設(shè)備的虛擬化，一般有兩種辦法，一是把真實(shí)的設(shè)備暴露給客戶操作系統(tǒng)，讓它獨(dú)享這個(gè)設(shè)備。程序讀寫(xiě)頁(yè)表需要關(guān)心的就是它們，而當(dāng)它們被更新時(shí)， VMM 必須立刻生成新的影子頁(yè)表。 客戶操作系統(tǒng)的頁(yè)表 (記為 A=B)和 VMM 的頁(yè)表 (記為 B=C)對(duì)于 VMM 來(lái)說(shuō)都是可見(jiàn)的，于 是 VMM 可以將這兩個(gè)頁(yè)表綜合起來(lái)，生成一個(gè) A=C 的頁(yè)表，謂之影子頁(yè)表。在這種模 式下，原有的非特權(quán)的敏感指令都變成了特權(quán)指令 (此外還支持很多虛擬化的特征 )(kvm 就是利用這種模式來(lái)實(shí)現(xiàn)的 )。當(dāng)客戶操作系統(tǒng)執(zhí)行到這里時(shí)，就會(huì)硬鐺鐺地觸發(fā)一次 CPU 異常，然后再由 VMM 來(lái)處理。 然而，可能存在一些比較討厭的指令，它們?cè)谟脩魬B(tài)和內(nèi)核態(tài)下面執(zhí)行的效果不同，它們是非特權(quán)的敏感指令。所以 VMM 需要給客戶操作系統(tǒng)提供設(shè)備的虛擬。 但是客戶操作系統(tǒng)畢竟是一個(gè)操作系統(tǒng)，它是需要跟硬件親密接觸的，進(jìn)程的虛擬環(huán)境并不能滿足操作系統(tǒng)運(yùn)行的需求：進(jìn)程，一般就是指用戶進(jìn)程，是不能執(zhí)行 CPU 特權(quán)指令的。比如 kvm 作為 linux 內(nèi)核的一個(gè)模塊，加載之后，linux 內(nèi)核就變成了一個(gè) VMM。這樣做的好處，比如方便服務(wù)器部署、安全性考慮、等等。 系統(tǒng)虛擬機(jī) 系統(tǒng)虛擬機(jī)對(duì)硬件平臺(tái)進(jìn)行虛擬，以滿足客戶操作系統(tǒng)的運(yùn)行需要。在快速遷移的另一面，根據(jù)上面的描述可以看出，應(yīng)用程序在進(jìn)程虛擬機(jī)下執(zhí)行的性能比起在實(shí)際機(jī)器上執(zhí)行應(yīng)該是會(huì)打
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