在計(jì)算機(jī)中，虛擬化（英語(yǔ)：Virtualization）是一種資源管理技術(shù)，是將計(jì)算機(jī)的各種實(shí)體資源，如服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)存及存儲(chǔ)等，予以抽象、轉(zhuǎn)換后呈現(xiàn)出來(lái)，打破實(shí)體結(jié)構(gòu)間的不可切割的障礙，使用戶(hù)可以比原本的組態(tài)更好的方式來(lái)應(yīng)用這些資源。這些資源的新虛擬部份是不受現(xiàn)有資源的架設(shè)方式，地域或物理組態(tài)所限制。一般所指的虛擬化資源包括計(jì)算能力和資料存儲(chǔ)。

CPU虛擬化的作用是什么？

CPU虛擬化技術(shù)很有用。比如在Win10系統(tǒng)中運(yùn)行基于Win XP或Win7的應(yīng)用時(shí)，程序可以正常運(yùn)行，不存在不兼容的情況(有些程序是互相兼容的)

性問(wèn)題除外)。一般有軟件虛擬化和硬件虛擬化兩種。軟件虛擬化效率低，資源消耗高，而硬件虛擬化可以大大提高效率，加快程序運(yùn)行。

另外，虛擬機(jī)也是一樣，只是虛擬主機(jī)對(duì)系統(tǒng)資源的消耗很可怕，但是有了硬件級(jí)的VT技術(shù)，也方便了虛擬主機(jī)的部署。

虛擬化技術(shù)分為服務(wù)器虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化和應(yīng)用虛擬化。

服務(wù)器虛擬化技術(shù)根據(jù)虛擬對(duì)象可以分為CPU虛擬化、內(nèi)存虛擬化和I/O虛擬化。根據(jù)虛擬化的程度，可以分為完全虛擬化、半虛擬化和硬件輔助虛擬化。

通過(guò)結(jié)合不同的虛擬化對(duì)象和程度，可以獲得九種不同的服務(wù)器虛擬化技術(shù)。

然后詳細(xì)介紹服務(wù)器虛擬化和CPU虛擬化，在后面的講解中詳細(xì)介紹內(nèi)存虛擬化和I/O虛擬化。

基于軟件的中央處理器虛擬化，因此得名，是以軟件的形式模擬每一條指令。通過(guò)前面的文章，我們知道有兩種常用的軟件虛擬化技術(shù):優(yōu)先級(jí)壓縮和二進(jìn)制代碼翻譯。這兩種技術(shù)很常見(jiàn)，可以用于所有虛擬化類(lèi)型。讓我們將截取和虛擬化結(jié)合起來(lái)，看看CPU軟件虛擬化是如何完成的。

首先要了解一些必要的硬件知識(shí)。X86體系結(jié)構(gòu)提供了四個(gè)CPU特權(quán)級(jí)別，以使上層軟件(操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序)能夠訪(fǎng)問(wèn)硬件，環(huán)0是最多的

最高級(jí)別，環(huán)1第二，環(huán)2第二，環(huán)3最低。

一般由于操作系統(tǒng)需要直接訪(fǎng)問(wèn)硬件和內(nèi)存，其代碼需要運(yùn)行在最高級(jí)別的Ring 0上，而應(yīng)用程序代碼運(yùn)行在最低級(jí)別的Ring 3上。如果要訪(fǎng)問(wèn)硬件和內(nèi)存，比如設(shè)備訪(fǎng)問(wèn)和文件寫(xiě)入，必須執(zhí)行相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用，CPU的運(yùn)行級(jí)別會(huì)從環(huán)3切換到環(huán)0。完成后會(huì)再次切換回來(lái)。用戶(hù)模式和內(nèi)核模式切換的熟悉本質(zhì)就來(lái)自于此。

虛擬化的實(shí)現(xiàn)也是基于這個(gè)思路。VMM本質(zhì)上是一個(gè)主機(jī)操作系統(tǒng)，運(yùn)行在環(huán)0上，客戶(hù)操作系統(tǒng)運(yùn)行在環(huán)1上，相應(yīng)級(jí)別的應(yīng)用程序運(yùn)行在環(huán)2和環(huán)3上。

CPU半虛擬化技術(shù)

主要采用Hypercall技術(shù)。來(lái)賓操作系統(tǒng)代碼的一部分被更改，以便來(lái)賓操作系統(tǒng)將與特權(quán)指令相關(guān)的所有操作轉(zhuǎn)換成發(fā)送到VMM的Hypercall，該操作將繼續(xù)由VMM處理。Hypercall支持的兩種優(yōu)化方法，批處理和異步，使得通過(guò)Hypercall獲得類(lèi)似于物理機(jī)的速度成為可能