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?Hypervisor 與虛擬機(jī)協(xié)作技術(shù)路線(xiàn)
Hypervisor 與虛擬機(jī)協(xié)作技術(shù)路線(xiàn)
(1) 全虛擬化
最初的虛擬化是通過(guò)軟件模擬具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運(yùn)行在一個(gè)隔離環(huán)境中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，即通過(guò)軟件虛擬硬件設(shè)備提供給 GuestOS 使用，優(yōu)點(diǎn)是 GuestOS 不感知外部真實(shí)硬件環(huán)境、不用改動(dòng)。由于 Guest OS 中每次訪(fǎng)問(wèn)全虛擬化硬件都要陷入到 Hypervisor 中，直接導(dǎo)致該方式虛擬的硬件性能較差， 一般只用來(lái)模擬如串口等比較簡(jiǎn)單的硬件。對(duì)硬件的模擬可以在 Hypervisor 中直接模擬，也可以將請(qǐng)求傳遞到其他 VM 中進(jìn)行模擬，如在某一 VM 中通過(guò) QEMU 進(jìn)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(fǎng)問(wèn)，減少軟件虛擬技術(shù)帶來(lái)的延時(shí)和性能損耗。Intel 提出了分別針對(duì)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(dòng)端向邊緣、甚至云算力中心發(fā)展，ARM 也在不斷增強(qiáng)其硬件輔助虛擬化技術(shù)，比如 stage 2 頁(yè)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(qiáng)大的發(fā)展階段，或者對(duì)于某些復(fù)雜外設(shè)的共享復(fù)用，為避免全虛擬化的性能問(wèn)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(lái)實(shí)現(xiàn) IO 設(shè)備虛擬化，在 Guest OS 中實(shí)現(xiàn)前端驅(qū)動(dòng)，在 Hypervisor 或 Host OS 中實(shí)現(xiàn) 后端驅(qū)動(dòng)，前后端一般按照 VirtIO 標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，后端驅(qū)動(dòng)作為硬件的實(shí)際訪(fǎng)問(wèn)方。Guest OS 中前端驅(qū)動(dòng)通過(guò)Virt Queue 等通信機(jī)制與后端驅(qū)動(dòng)進(jìn)行通信，前端驅(qū)動(dòng)將 Guest OS 的請(qǐng)求傳遞給后端驅(qū)動(dòng)，后端驅(qū)動(dòng)將請(qǐng)求發(fā)送給硬件驅(qū)動(dòng)，處理完后將結(jié)果再傳回給前端驅(qū)動(dòng)。半虛擬化相對(duì)全虛擬化實(shí)現(xiàn)的硬件性能較好， 且可實(shí)現(xiàn)相對(duì)比較復(fù)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(jī)中 Guest OS 使用，無(wú)需通過(guò) Hypervisor 進(jìn)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(guò) Pass-through 直接分配給某虛擬機(jī)使用。設(shè)備控制器一般都是以 MMIO 方式來(lái)訪(fǎng)問(wèn)的，所以只需要將控制器地址區(qū)域映射到 VM 就可實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制器的分配，同時(shí)還需要分配一個(gè)設(shè)備硬件中斷對(duì)應(yīng)的虛擬中斷到該 VM，直接透?jìng)鞯姆绞骄褪?VM 獨(dú)占訪(fǎng)問(wèn)該硬件，所以在性能上是最好的。
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