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?Hypervisor 與虛擬機協(xié)作技術(shù)路線
Hypervisor 與虛擬機協(xié)作技術(shù)路線
(1) 全虛擬化
最初的虛擬化是通過軟件模擬具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運行在一個隔離環(huán)境中的計算機系統(tǒng)，即通過軟件虛擬硬件設(shè)備提供給 GuestOS 使用，優(yōu)點是 GuestOS 不感知外部真實硬件環(huán)境、不用改動。由于 Guest OS 中每次訪問全虛擬化硬件都要陷入到 Hypervisor 中，直接導致該方式虛擬的硬件性能較差， 一般只用來模擬如串口等比較簡單的硬件。對硬件的模擬可以在 Hypervisor 中直接模擬，也可以將請求傳遞到其他 VM 中進行模擬，如在某一 VM 中通過 QEMU 進行模擬。
(2) 硬件輔助虛擬化
Intel 最早提出硬件輔助虛擬化技術(shù)，由硬件直接提供共享功能，支持多 GuestOS 的訪問，減少軟件虛擬技術(shù)帶來的延時和性能損耗。Intel 提出了分別針對處理器 & 內(nèi)存、IO、網(wǎng)絡(luò)的 Intel VT-x、Intel VT-d 和 Intel VT-c 技術(shù)等。隨著 ARM 算力提升，從移動端向邊緣、甚至云算力中心發(fā)展，ARM 也在不斷增強其硬件輔助虛擬化技術(shù)，比如 stage 2 頁表轉(zhuǎn)換、虛擬異常等。
(3) 半虛擬化
在硬件輔助虛擬化技術(shù)不完善、不強大的發(fā)展階段，或者對于某些復雜外設(shè)的共享復用，為避免全虛擬化的性能問題，可以采用 GuestOS 與 Hypervisor 協(xié)作的半虛擬化技術(shù)。這種技術(shù)一般應(yīng)用于 IO 設(shè)備虛擬化， 采用前后端的方式來實現(xiàn) IO 設(shè)備虛擬化，在 Guest OS 中實現(xiàn)前端驅(qū)動，在 Hypervisor 或 Host OS 中實現(xiàn) 后端驅(qū)動，前后端一般按照 VirtIO 標準來實現(xiàn)，后端驅(qū)動作為硬件的實際訪問方。Guest OS 中前端驅(qū)動通過Virt Queue 等通信機制與后端驅(qū)動進行通信，前端驅(qū)動將 Guest OS 的請求傳遞給后端驅(qū)動，后端驅(qū)動將請求發(fā)送給硬件驅(qū)動，處理完后將結(jié)果再傳回給前端驅(qū)動。半虛擬化相對全虛擬化實現(xiàn)的硬件性能較好， 且可實現(xiàn)相對比較復雜的硬件，比如 : 塊設(shè)備，網(wǎng)卡，顯示設(shè)備等。具體如圖 2.4-5 所示。
圖2.4-5 半虛擬化Pass-through資源分配
Hypervisor 支持將硬件資源直接分配給其上虛擬機中 Guest OS 使用，無需通過 Hypervisor 進行地址和指令翻譯。例如 : 串口資源、USB 資源等接口比較豐富的資源可以通過 Pass-through 直接分配給某虛擬機使用。設(shè)備控制器一般都是以 MMIO 方式來訪問的，所以只需要將控制器地址區(qū)域映射到 VM 就可實現(xiàn)設(shè)備控制器的分配，同時還需要分配一個設(shè)備硬件中斷對應(yīng)的虛擬中斷到該 VM，直接透傳的方式就是 VM 獨占訪問該硬件，所以在性能上是最好的。
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