虚拟化技术原理与实现

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虚拟化技术原理与实现
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    x86分段机制：Base+Limit+读写属性／访问权限
        逻辑地址 --> GDT/LDT --> （线性）虚拟地址
            CS DS SS ES/FS/GS
            {L/S}{GDT/LDT}：特权指令？ 
    分页机制：线性地址 --> 物理地址（TLB, CR3）
        页表（Page Table）：VFN --> PFN
        PDE/PTE的P（present）字段：0，不在物理内存中，产生缺页中断
        PAE（略） 
    IA-32e
        64位模式下，分段功能被禁用，不会执行长度检查
        分页：PAE必需，第4级映射：48位线性地址转换为52位物理地址（2^52=4EB？） 
    64位兼容模式
        新增8个通用寄存器？（R8-R15）
        不支持虚拟8086模式 
    x64
        CR8：任务优先级寄存器（TPR） 
    PIC
        IRR：IR0-7
        ISR
        IMR
        EOI位
        只能用于单处理器UP，无法用于MP 
    APIC
        LAPIC（CPU端）＋IOAPIC（设备端）
        处理器间中断（IPI）：通过LAPIC中的ICR 
    IDT
        INT n有DPL检查 
    I/O
        Port IO：65536个8位端口，64KB的独立地址空间
        MMIO：不可缓存到TLB，更先进（相当于缓冲了一下而已） 
    DMA
        “DMAC获得总线控制权后，CPU即可挂起或只执行内部操作”嗯？DMA传输的时候CPU也做不了什么实事吧，为什么效率提高了？
            省去了CPU指令开销？？ 
    VMM
        虽然在虚拟机状态下特权指令执行无效，但这似乎可用来检查代码是否运行在实际硬件还是虚拟机上吧？
        “敏感指令”
            可虚拟化：所有的敏感指令都是特权指令 
        x86体系最初存在虚拟化漏洞：优先级压缩（Ring 0/1/3）＋二进制代码转换
        硬件辅助的完全虚拟化
            Intel VT-x／AMD SVM 
        类虚拟化：客户机‘知道’自己运行在虚拟机上
        VMM架构
            Hypervisor模型：VMM相当于OS；设备驱动的工作量大（IBM S/360？）
            Hosted：VMWare？
            混合模型：QEMU-KVM？ 
    vCPU
    中断虚拟化
    内存虚拟化
        客户机物理地址空间？
        2次地址转换：客户机虚拟地址（GVA）-->客户机物理地址（GPA）-->宿主机物理地址（HPA）
        IA32 “影子页表”（虚拟TLB）
            MMU虚拟化
                客户机OS修改CR3的截获处理
                INVLPG指令的截获处理
                VMM对客户机页表和影子页表不一致触发的缺页异常的截获处理＊ 
            缺点：实现复杂、内存开销大
            Intel EPT＊
            AMD NPT＊ 
    IO设备虚拟化
        MMIO：VT-x允许客户机直接访问物理IO空间
        DMA：VT-d提供了DMA重映射（设备的DMA操作通常无法通过软件截获）
            PCI：设备标识符（BDF）、根条目、上下文条目
            IO页表：和分页机制类似* 
        AMD IOMMU
            要点：驱动程序无需修改，地址转译＋访问保护 
    网络虚拟化
        Cisco VN-Tag
        物理机内部，虚拟化网卡：“虚拟接入”＋“虚拟通道”？
            SR-IOV：将单个PCIe设备虚拟出多个独立的PCIe
                PF
                VF 
    时间虚拟化
        x86时间设备：PIT、HPET、ACPI PM、TSC
        客户机被调度出去的情况：中断重新注入？？ 
    主流虚拟化产品及其特点
        Xen：混合模型，OS需要显式修改才能在上面执行
        VMWare
            基于Hypervisor架构的VMWare ESX Server可直接运行在裸机上？
            VMWare vSphere：对ESX 3.5进行了稳定性、可用性、安全性等修改 
        Hyper-V
        KVM：宿主必须是Linux，CPU须支持虚拟化扩展 
    Xen虚拟化技术
        Dom0，IDD ＋ DomU，HVM
        CPU半虚拟化Hypercall：支持Batch和异步2种优化方式，接近物理机速度
        Xen关键技术：//这里可以参考《代码之美》
            Hypercall
            事件通道
            数据共享
                Grant Table
                XenStore和XenBus
                分离设备驱动：前端＋后端 
    KVM虚拟化技术（Kernel 2.6.20+）
        API：/dev/kvm
            system ioctl
            vm ioctl
                struct kvm_run 
            vcpu ioctl 
        KVM内核模块重要的数据结构
            kvm_{memslots、vcpu、io_bus、vm_stat、arch、x86_ops、...} 
        qemu-kvm
            3种运行模式：KVM（性能最好）、全模块化（应用层指令级模拟）、kqemu加速模块
            虚拟机管理：libvirt与virt-manager
            Rusty Russell的virtio（设备半虚拟化，驱动需要定制修改） 
    虚拟化软件开放接口＊
        Xen Management API 
    libvirt＊（略）