虚拟化技术概要之VMM结构

1. 概述

当前主流的 VMM (Virtual Machine Monitor) 实现结构可以分为三类：

宿主模型 (OS-hosted VMMs)
Hypervisor 模型 (Hypervisor VMMs)
混合模型 (Hybrid VMMs)


2. 宿主模型



该结构的 VMM，物理资源由 Host OS (Windows, Linux etc.) 管理
实际的虚拟化功能由 VMM 提供，其通常是 Host OS 的独立内核模块（有的实现还含用户进程，如负责 I/O 虚拟化的用户态设备模型）
VMM 通过调用 Host OS 的服务来获得资源，实现 CPU，内存和 I/O 设备的虚拟化
VMM 创建出 VM 后，通常将 VM 作为 Host OS 的一个进程参与调度

如上图所示，VMM 模块负责 CPU 和内存虚拟化，由 ULM 请求 Host OS 设备驱动，实现 I/O 设备的虚拟化。

优点： 可以充分利用现有 OS 的设备驱动，VMM 无需自己实现大量的设备驱动，轻松实现 I/O 设备的虚拟化。
缺点： 因资源受 Host OS 控制，VMM 需调用 Host OS 的服务来获取资源进行虚拟化，其效率和功能会受到一定影响。

采用该结构的 VMM 有：VMware Workstation, VMWare Server (GSX), Virtual PC, Virtual Server, KVM（早期）


3. Hypervisor 模型



该结构中，VMM 可以看作一个为虚拟化而生的完整 OS，掌控有所有资源（CPU，内存，I/O 设备）
VMM 承担管理资源的重任，其还需向上提供 VM 用于运行 Guest OS，因此 VMM 还负责虚拟环境的创建和管理。

优点： 因 VMM 同时具有物理资源的管理功能和虚拟化功能，故虚拟化的效率会较高；安全性方面，VM 的安全只依赖于 VMM 的安全
缺点： 因 VMM 完全拥有物理资源，因此，VMM 需要进行物理资源的管理，包括设备的驱动，而设备驱动的开发工作量是很大的，这对 VMM 是个很大的挑战。

采用该结构的 VMM 有：VMWare ESX Server,  WindRiver Hypervisor,  KVM（后期）


4. 混合模型

该结构是上述两种模式的混合体，VMM 依然位于最底层，拥有所有物理资源，但 VMM 会主动让出大部分 I/O 设备的控制权，将它们交由一个运行在特权 VM 上的特权 OS 来控制。
VMM 只负责 CPU 和内存的虚拟化，I/O 设备的虚拟化由 VMM 和特权 OS 共同完成：





优点： 可利用现有 OS 的 I/O 设备驱动；VMM 直接控制 CPU 和内存等物理资源，虚拟化效率较高；若对特权 OS 的权限控制得当，虚拟机的安全性只依赖于 VMM。
缺点： 因特权 OS 运行于 VM 上，当需要特权 OS 提供服务时，VMM 需要切换到特权 OS，这里面就产生上下文切换的开销。

采用该结构的 VMM 有：Xen, SUN Logical Domain