基于硬件的虚拟化

先决条件——云计算中的虚拟化和类型、服务器虚拟化的类型、管理程序
借助主要来自主机处理器的硬件功能允许有效的完全虚拟化的平台虚拟化方法被称为计算中的基于硬件的虚拟化。为了模拟完整的硬件环境或虚拟机，使用完全虚拟化，其中未更改的客户操作系统（使用通用指令集作为主机）在复杂的隔离中执行。

基于操作系统的虚拟化的不同逻辑层，其中 VM 首先安装到完整的主机操作系统中，然后用于生成虚拟机。

可以运行客户操作系统的计算机硬件方面的抽象执行环境，称为硬件级虚拟化。其中，操作系统代表来宾，物理计算机硬件代表主机，其仿真代表虚拟机，管理程序代表虚拟机管理器。当允许虚拟机与硬件交互而无需主机操作系统的任何中间操作要求时，通常会使基于硬件的虚拟化更有效。硬件虚拟化的一个基本组件是管理程序或虚拟机管理器 (VMM)。

基本上，有两种类型的 Hypervisor，如下所述：

• I 型管理程序：
  I 类型的管理程序直接在硬件之上运行。因此，它们代表操作系统并直接与底层硬件提供的 ISA 接口进行通信，它们复制这些接口以允许管理来宾操作系统。因为它在硬件上本机运行，所以这种管理程序也称为本机虚拟机。
• II 型管理程序：
  为了提供虚拟化服务，Type II 管理程序需要操作系统的帮助。这意味着它们是操作系统管理的应用程序，通过 ABI 与其通信，并为来宾操作系统模拟虚拟硬件的 ISA。由于它位于操作系统中，因此这种形式的管理程序也称为托管虚拟机。

管理程序有一个简单的用户界面，需要一些存储空间。它作为一个软件薄层存在，并建立一个虚拟化管理层，它完成硬件管理函数。对于虚拟机的配置，设备驱动程序和支持软件进行了优化，而许多标准操作系统功能并未实现。本质上，为了增强协调所固有的性能开销，允许多个虚拟机与同一硬件平台交互，这种类型的虚拟化系统被使用。

硬件兼容性是基于硬件的虚拟化的另一个挑战。虚拟化层直接与主机硬件交互，这导致所有相关的驱动程序和支持软件必须与管理程序兼容。由于其他操作系统可用的硬件设备驱动程序可能不适用于管理程序平台。此外，主机管理和管理功能可能不包含操作系统通用的高级功能范围。

注意： Hyper-V 主要通过供应商提供的驱动程序与底层硬件进行通信。

基于硬件的虚拟化的优势 –
它减少了半虚拟化的维护开销，因为它减少了（理想情况下，消除了）客户操作系统中的修改。获得增强的性能也非常方便。 VMware工程师和Virtual Iron提到了基于硬件的虚拟化的一个实际好处。

基于硬件的虚拟化的缺点 –
基于硬件的虚拟化需要主机 CPU 的显式支持，这可能不适用于所有 x86/x86_64 处理器。 “纯”基于硬件的虚拟化方法，包括整个未修改的客户操作系统，涉及许多 VM 陷阱，因此 CPU 开销会迅速增加，这限制了服务器整合的可扩展性和效率。使用半虚拟化驱动程序可以减轻这种性能损失；这种组合被称为“混合虚拟化”。