一、虚拟化

1.1 简介

虚拟化是指计算机元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行。虚拟化技术可以扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程。CPU的虚拟化技术可以单CPU模拟多CPU并行，允许一个平台同时运行多个操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。顾名思义，虚拟化就是在计算上虚拟出一些实际计算机里真实存在的东西，以达到更方便、简单、成本低、安全性高的目的。比如，虚拟计算机硬件，可以安装操作系统;以现有操作系统为蓝本，再虚拟出几个一摸一样的;虚拟一个操作系统环境，可以安装应用软件。这个解释，是本人很通俗的说法，严格精准的定义，至今还未看到。

1.2 分类

虚拟化技术，经过数年的发展，已经成为一个庞大的技术家族，其技术形式种类繁多，实现的应用也一大箩筐了。但对其分类，网上的介绍比较含糊，分类属性不一。如将服务器虚拟化、硬件虚拟化、cpu虚拟化相提并论，但其实它们都属一个类别，只是按不同属性分类得出的不同名称。

按照不同属性，对虚拟化做一个分类：　以被应用的领域来划分：服务器虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化、桌面虚拟化。还有从以某类里衍生出来的，无法归类，比如cpu虚拟化，文件虚拟化。这些不用属性的类别之间的关系又是交错联系的

硬件虚拟化

硬件虚拟化，就是用软件来虚拟一台标准电脑的硬件配置，如cpu、内存、硬盘、声显卡、光驱等，成为一台虚拟的裸机，然后就可以在上面安装操作系统了，其代表产品VMware。使用时，先在操作系统里安装一个硬件虚拟化软件，用其虚拟出一台电脑，再安装系统，做到系统里运行系统，并可虚拟出多台电脑，安装多个相同或不同的系统。其代表产品为VMware，其余几个知名的有：微软的Virtual PC，开源免费的VirtualBox。为虚拟机分配的硬件资源要占用实际硬件的资源，对性能损耗也较大。因为是在系统里安装虚拟化软件，再在虚拟的电脑上装系统，所以就有原系统和虚拟化软件两层消耗，为了提高性能，出现了另外一种硬件虚拟化形式：直接在裸机上安装虚拟化软件，然后安装多个系统，并同时运行。跳过原系统这一环节，性能大大提高。这种虚拟化又叫做准虚拟化。VMware推出的相关产品叫VMware ESXi，微软的该类产品为Hyper-V，主要应用于服务器领域。

应用虚拟化

前两种虚拟化技术，大多应用于企业、服务器和一些IT专业工作领域。随着虚拟化技术的发展，逐渐从企业往个人、专业往大众应用的趋势发展，便出现了应用程序虚拟化技术，简称应用虚拟化。它近年虚拟化的新贵和热门领域。前两种虚拟化的目的是虚拟完整的真实的操作系统，应用虚拟化的目的也是虚拟操作系统，但只是为保证应用程序的正常运行虚拟系统的某些关键部分，如注册表、C盘环境等，所以较为轻量、小巧。

软件全虚拟化、软件半虚拟化和硬件辅助虚拟化

纯软件的“全虚拟化”方式不需要修改客户机操作系统，但是其性能较未虚拟化时影响比较大。支持完全虚拟化的虚拟机软件包括VMware Workstation和Virtual PC等。半虚拟化模式，这种模式需要对客户机操作系统进行更改，使得客户机操作系统知道其运行在虚拟化环境下，从而可以获得更高的性能。半虚拟化的典型产品包括Xen、UML等。看虚拟化技术是完全虚拟化还是半虚拟化，首先看虚拟化技术有没有修改内核，xen虚拟化技术需要修改内核，因此它有完全虚拟化和半虚拟化之分，kvm没有修改内核，因此，它只有完全虚拟化；还要看cpu是否支持硬件虚拟化，支持硬件虚拟化，就是完全虚拟化，不支持，就是半虚拟化。xen有两种选择，而kvm只有一种选择，所以，xen有完全虚拟化和半虚拟化之分，kvm只有完全虚拟化。硬件辅助虚拟化技术，在处理器中加入了新的特权级来运行虚拟机监控层，使得客户机操作系统可以运行在原始特权级，不需要更改，并且由硬件来完成两个特权级之间的转换。硬件辅助虚拟技术提高了虚拟机的兼容性和性能。支持硬件辅助虚拟化的有 Linux KVM和Xen等。

1.3 VT技术

VT(Virtualization Technology)是Intel为了在硬件层面上辅助虚拟化技术实现，而在其用户平台上开发的虚拟化支持系统。在此之前，虚拟化只能使用软件来虚拟底层的架构。 Intel公司开发了两套VT技术：一套是VT-i，主要针对安腾架构的主机：一套是VT-x，主要是针对IA32架构的主机。 VT-x依靠VMX(Virtual Machine Extension)来进行对虚拟化技术的硬件支持。作为一种芯片辅助虚拟化技术，VMX提供两种新的状态来进行虚拟：根模式(VMX root)和非根模式 (VMX non—root)。根模式主要是应对丁Host OS或者VMM的环境。在这种模式下，处理器的行为和没有vT技术时的行为是类似的，可以很好地处理各个特权级别的指令，只是VMX 有其一套指令集，而且当加载数据到某些特定的寄存器的时候，会受到一些限制。而非根模式则是虑对于Guest OS或者vM的环境。在这种环境下，处理器的很多操作是受限的。