hypervisor简介

什么是hypervisor

hypervisor为操作系统提供独立的虚拟硬件平台，而虚拟硬件平台反过来又提供对底层机器的虚拟的完整访问。hypervisor之于操作系统类似于操作系统之于进程。

虚拟化和hypervisor

关于什么是虚拟化，请参考我的另一篇博客《虚拟化技术介绍》，有更详细的讲解。

虚拟化就是隐藏底层物理硬件，让多个操作系统可以透明地使用和共享硬件资源的一种技术手段。这种架构的另一个更常见的名称是平台虚拟化。

在典型的虚拟化分层架构中，提供平台虚拟化的层称为 hypervisor （有时称为虚拟机管理程序或 VMM）。虚拟操作系统称为虚拟机（VM）。下图展示了常用硬件虚拟化的简单分层架构，当然并不是所有虚拟化解决方案都是一样的。

可以看到，hypervisor是提供底层机器虚拟化的中间软件层。操作系统将对机器的底层资源的访问虚拟化为进程。hypervisor 也做一样的事情，但其对象不是进程，而是整个虚拟机操作系统。

Hypervisor的两种类型

hypervisor 可以划分为两大类。一种是直接运行在物理硬件之上的，例如基于内核的虚拟机KVM，它本身是一个基于操作系统的hypervisor。另一种是运行在另一个操作系统中，例如QEMU 和 WINE。

hypervisor的构成

hypervisor仅是一个从其虚拟操作系统抽象机器硬件的分层应用程序。通过这种方式，每个虚拟操作系统看到的仅是一个VM而不是真实的硬件机器。

在较高级别上，hypervisor需要少量设施启动虚拟操作系统：一个需要驱动的内核映像、一个配置（比如 IP 地址和所需的内存量）、一个磁盘和一个网络设备。磁盘和网络设备通常映射到机器的物理磁盘和网络设备（如图所示）。最后，需要使用一组虚拟操作系统工具启动和管理虚拟操作系统。

然后，一个简化的hypervisor架构实现最后的关键功能，从而使虚拟操作系统可以和宿主操作系统同时运行。实现这个功能需要一些特定的要素，如图所示。

首先，类似于将用户空间应用程序和内核函数连接起来的系统调用，一个通常可用的虚拟化调用（hapercall，hypervisor对操作系统进行的系统调用）层允许虚拟系统向宿主操作系统发出请求。可以在内核中虚拟化I/O，或通过虚拟操作系统的代码支持它。故障必须由 hypervisor 亲自处理，从而解决实际的故障，或将虚拟设备故障发送给虚拟操作系统。hypervisor 还必须处理在虚拟操作系统内部发生的异常。（毕竟，虚拟操作系统发生的错误仅会停止该系统，而不会影响 hypervisor 或其他虚拟操作系统）。hypervisor的核心要素之一是页映射器，它将硬件指向特定操作系统（虚拟OS或 hypervisor）的页。最后，需要使用一个高级别的调度器在hypervisor和虚拟操作系统之间传输控制。