虛擬化技術簡介——xen
虛擬化技術從概念上非常類似於**，乙個系統假扮成兩個或多個相同的系統。大多數現代作業系統都包含乙個簡單的虛擬化系統，每乙個正在執行的程序都認為自己是系統唯一執行的程序，
這是因為cpu和記憶體被虛擬化了。大家每天都在使用著某種形式的虛擬化。
cpu的虛擬化
cpu虛擬化從某種程度看來是非常簡單的，當程序a正在占用cpu計算，另乙個程序b需要使用cpu的時候，b就對cpu發出中斷申請，cpu儲存程序a的執行狀態資料，中斷cpu執行，程序b開始使用cpu計算。 過了一段時間程序b儲存執行狀態資料，中斷，程序a繼續占用cpu計算。
虛擬cpu和物理cpu是不一樣的，當作業系統正在執行、交換的時候，cpu處在特權級模式(privileged mode).此時系統允許某些特定的執行。如直接通過實體地址訪問記憶體（這個作業系統通常是不允許的）
cpu的指令劃分為3類：
1.特權級指令：指的是那些可能執行在特權級模式，但是一旦退出特權級模式之後將發生陷入指令。
2.控制敏感指令：指的是那些嘗試著改變系統資源配置的指令。
3.行為敏感指令:指的是那些根據資源配置不同有不同的表現行的指令，包括所有對虛擬位址的load和store操作的指令。
為什麼要虛擬化？
虛擬化技術的根本目的和多工作業系統的目的是一樣的，即計算機擁有不止能滿足乙個任務需要的處理能力。
虛擬化的優點：
1.虛擬機器可以以非常低的開銷進行轉殖
2.虛擬化技術的另乙個巨大優勢就是可移植性。
3.能源開銷非常低也是虛擬化技術的乙個吸引人之處。
4.一台虛擬機器要比一台物理機器更容易攜帶。
5.相對於乙個作業系統上執行的程序來說，一台虛擬機器提供了更深層次的隔離。
歷史上第一台完全支援虛擬化的機器是ibm的vm，它作為ibm360專案的一部分而誕生。
x86架構虛擬化解決方案：
一、二進位制翻譯
是乙個解決x86架構虛擬化問題的方法，它通過vmware而普及。該方法有乙個顯著的優點：他允許絕大多數的虛擬化環境執行在 使用者空間，但也因此造成了效能的損失。二進位制翻譯需要虛擬化環境掃瞄指令流並將特權級指令標識出來， 然後這些指令所進行的操作由他們的**指令來完成。這個方法在效能表現欠佳，特別是做任何同i/o操作的先關的頻繁操作時， 對不安全指令的位置的快速快取能夠帶來一些效能加速，但是也會帶來記憶體的一些開銷。
二、泛虛擬化
以乙個作業系統的視角來看，兩者最大的不同是：在xen系統中，作業系統執行在ring 1級上，而真實的x86系統中，作業系統是直接執行在ring 0上，詳細介紹請見我關於cpu特權環的介紹在xen系統中，guest os 不能執行任何特權級指令，為了提供相似的功能，hypervisor提供了一整套hypercall（高階呼叫）來完成相關的功能。
下圖是原系統和泛虛擬化的系統呼叫的不同機制：
xen和linux一樣使用的是ms-dos的系統呼叫機制，而並沒有採用想freebsd使用的unix呼叫機制。這就表示hypercall的引數都儲存在暫存器中，而不是儲存在堆疊中。
硬體輔助虛擬化
amd虛擬化技術稱之為amd-v
amd-v技術為hypervisor提供兩種方法解決記憶體分割問題。第一種模式是 「影子頁表」guest os 無論什麼時間嘗試修改自身的頁表，該模式都會允許hypervisor發生陷入；
第二種模式是「巢狀頁表」 巢狀頁表所做的工作就像它的名字那樣，他在虛擬記憶體中又增加了乙個間接層。mmu像作業系統定義的那樣解決了虛擬位址到實體地址的轉換，現在通過hypervisor定義的另一套頁表，這些實體地址講過被
轉換成為真實的實體地址。應為這個轉換過程是在硬體條件下的完成的，所以他和通常的虛擬位址查詢一樣快。
intel虛擬化技術稱之為ivt（intel virtualization technology）
ivt給處理器新增了乙個新的模式，叫做vmx。hypervisor能夠執行正在vmx模式下，並對執行在ring 0上層的作業系統透明。當cpu執行在vmx模式下，以乙個為修改的作業系統視角來看沒有任何區別，
以guest os 的視角來看，所有的指令照舊做他們應該做的事情，並且只要hypervisor正確無誤的執行**操作，那麼系統就不會出現錯誤。在某些情況下，硬體虛擬化要比軟體虛擬化快的多。
xen的理念
方案和機制分離-乙個好的系統設計的關鍵性思想是方案和機制的分離。
xen自身不支援任何外部裝置。xen僅僅是提供了乙個讓guest os 直接訪問物理裝置的機制。這樣guest os可以使用乙個已經存在的裝置驅動程式。。當然為了
是多個guest os 都可以訪問裝置，xen在這裡設定了乙個機制。授權表介面允許開發者將內容頁的訪問授權給其他的guest os。
做的越少越好
xen每乙個新的發布版本都嘗試著比前乙個版本的xen做的更少，這樣做的原因是xen執行在乙個非常高的特殊級別上-甚至比作業系統的執行級別還要高；一旦出現乙個bug
就會是毀滅性的。就像前段時間發現xen的bug，影響的非常廣泛的雲服務廠商，造成部分雲服務主機必須要冷重啟才能完成bug的修復，應為xen是非常底層的，對業務造成了一定的影響。
xen的系統結構
hypervisor，核心，應用程序之間的關係
對於在xen上執行的核心來說，最大的變化是離開的ring 0的執行級。具體轉移到哪個ring級，根據平台的不同而不同，在ia32系統中，核心轉移到了ring1 。如圖
當amd將ia32架構同x86-64位架構結合在一起時，它所做的事就是減少ring級別，在沒有ring1 和ring2的系統中，不得不通過修改xen使得操系統執行在ring3級上。如圖
domain 0的角色
hypervisor的職責就是允許guest os的執行。xen在乙個稱為domain的環境下執行 guest os ,它包含了乙個完整的虛擬執行環境。當xen啟動時他做的第一件事就是裝載domain 的guest os核心。
該核心作為乙個模組在啟動裝載單元中被代表性的指定，因此它可以在沒有任何檔案系統驅動程式的情況下被載入。
domain 0是第乙個執行的guest os，並且具有更高的特權級。相應地，其他domain被稱之為 domain u(dom u)-u 代表的意思是非特權級(unprivileged)然而，當前已經可以將dom 0的一些職責叫給dom u guest os，這樣做將使得兩者之間的界限變的模糊。xen本身不包含任何的裝置驅動和使用者介面。這些工作都是作業系統及執行在dom0 之上的使用者空間的工具來提供的。
dom0 guest os 最重要的乙個任務就是處理外設。因此它比其他的guest os具有更高的特權級，所以可以訪問硬體。
任何驅動都有3個主鍵：
分塊裝置驅動；多路復用器；真實的驅動
非特權domain
對於domain u 有著更多的限制，它通常不被允許執行任何能夠直接訪問硬體的hypercall，雖然某些情況下他被允許訪問乙個或更多的裝置。
應為不能直接訪問硬體，所以dom u 實現了一些裝置驅動的前端，在最低限度下，需要xenstore來控制好裝置驅動，
出處：
XEN 半虛擬化 全虛擬化
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