虛擬化對未被充分利用的服務器進行整合，不再為新項目另外購置硬件，從而降低資本成本，同時，精簡 數據中心服務器的數量，又可以成比例地減少供電、制冷和場地方面的運營成本。

利用先進的虛擬化管理和云運營管理軟件，建立安全的、可審核的數據中心環(huán)境，為業(yè)務部門提供 成本更低、服務水平更高的基礎架構，從而能夠針對業(yè)務部門的需求做出快速的響應。

通過虛擬化管理和云運營管理軟件，完全實現(xiàn)數據中心 IT 基礎設施的集中化管理，這樣不僅可以精簡IT操作，提高管理效率，而且還可以簡化監(jiān)控、管理、報告和遠程訪問等操作。

最初的x86架構不適合于虛擬化

X86架構存在17條敏感的非特權指令，運行時不會產生異常，這些指令在客戶操作系統(tǒng)上的執(zhí)行會破壞整個系統(tǒng)。

解決方法1：半虛擬化（Para-Virtualization）

Xen 半虛擬化（Para-Virtualization）架構

在Hypervisor上運行的Guest OS已經集成了與半虛擬化有關的代碼，使得Guest OS能夠非常好地配合Hypervisor來實現(xiàn)虛擬化。

Hypervisor提供Hypercall接口來滿足Guest OS的關鍵內核操作，如內存管理、中斷和時間同步等。

解決方法2：BT（Binary Translation，二進制翻譯）

全虛擬化

VMware ESX 的軟件系統(tǒng)架構

Guest OS指令段在執(zhí)行前進行整段翻譯，將其中的敏感非特權指令替換為Ring0中執(zhí)行對應特權指令。

非特權指令直接執(zhí)行。

特權指令首先被陷入到VMM，并VMM通過一系列的模擬操作來實現(xiàn)此特權指令，然后返回給Guest OS，Guest OS從上次被中斷的地方繼續(xù)執(zhí)行。

硬件輔助虛擬化

硬件輔助虛擬化-CPU

CPU硬件虛擬化—Intel VT-i

硬件輔助虛擬化—內存

IO虛擬化

客戶機的設備驅動程序發(fā)起 I/O 請求操作請求,KVM 模塊中的 I/O 操作捕獲代碼攔截這次 I/O 請求

經過處理后將本次 I/O 請求的信息放到 I/O 共享頁 （sharing page），并通知用戶空間的 QEMU 程序。

QEMU 程序獲得 I/O 操作的具體信息之后，交由硬件模擬代碼來模擬出本次I/O 操作。

完成之后，QEMU 將結果放回 I/O 共享頁，并通知 KMV 模塊中的 I/O 操作捕獲代碼。

KVM 模塊的捕獲代碼讀取 I/O 共享頁中的操作結果，并把結果放回客戶機。

主流的Hypervisor產品

ARM處理器模式—虛擬化模式

在 x86 架構中，與根模式相對應的是非根模式(non-root mode)，非根模式即傳統(tǒng)的 CPU 模 式，包括Ring 0~Ring 3 的權限級；而在根模式中，也有對應的 Ring 0~Ring 3 的權限級。也就是說，根模式和非根模式是平行的；

而在 ARM 中，虛擬化模式和原有的幾種模式是并列的，只是虛擬化模式擁有比管理模式更高 的權限等級。

KVM/ARM 虛擬化技術原理

本文來自“計算虛擬化基礎介紹”，主要介紹虛擬化的產生與發(fā)展，KVM的CPU、內存和IO虛擬化，ARM和X86的比較。