虛擬機(jī)淺析word版(參考版)
2025-05-11 17:36本頁面
【正文】 。 看了幾天的虛擬機(jī)，感覺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。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)。于是客戶操作系統(tǒng)會(huì)主動(dòng)調(diào)用 VMM 的接口來請(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。不知道這樣是否可行 ? 準(zhǔn)虛擬化方案 如上面說到的，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。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。 而像時(shí)鐘中斷這樣的東西，一般每 1ms 會(huì)觸發(fā)一次。 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。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)卡來實(shí)現(xiàn)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，實(shí)際上可能是真實(shí)磁盤的一個(gè)分區(qū)，或者是其中的一個(gè)文件。 VMM 需要模仿硬件接口實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備 (這一點(diǎn)我覺得是最復(fù)雜的 )，然后讓客戶操作系統(tǒng)看到這些虛擬設(shè)備。 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。一般來說可以利用 CPU 特權(quán)來保護(hù)這些頁表所在的內(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。程序讀寫頁表需要關(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表。這樣一來，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。 客戶操作系統(tǒng)的頁表 (記為 A=B)和 VMM 的頁表 (記為 B=C)對(duì)于 VMM 來說都是可見的，于 是 VMM 可以將這兩個(gè)頁表綜合起來，生成一個(gè) A=C 的頁表，謂之影子頁表。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)地址還需要通過由 VMM 維護(hù)的頁表來進(jìn)行二次映射，才能得到真正的物理地址。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實(shí)現(xiàn)的 )。而一些 CPU 為了更好地支持虛擬化，也可能通過一些擴(kuò)展來規(guī)避非特權(quán)的敏感指令。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 來處理。然而這樣的指令又不屬于特權(quán)指令， VMM 根本無法通過 CPU 異常來捕捉。 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。但是由于特權(quán)指令的存在，在客戶操作系統(tǒng)上執(zhí)行指令時(shí)，可能因?yàn)橛龅教貦?quán)指令而觸發(fā) CPU 異常。所以 VMM 需要給客戶操作系統(tǒng)提供設(shè)備的虛擬。所以 VMM需要給客戶操作系統(tǒng)提供執(zhí)行特權(quán)指令的途徑；操作系統(tǒng)不僅要關(guān)心實(shí)際的內(nèi)存地址空間，還需要為運(yùn)行于其上的進(jìn)程提供虛擬地址空間，這一般是通過跟硬件協(xié)作來完成的 (管理頁表，然后由 mmu 來執(zhí)行內(nèi)存地址映射 )。 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。 現(xiàn)在的操作系統(tǒng)一般都支持多進(jìn)程，操作系統(tǒng)本身就給進(jìn)程提供了一個(gè)
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