全虚拟化和半虚拟化的区别 cpu的ring0 ring1又是什么概念? - 转

ring0是指CPU的运行级别,ring0是最高级别,ring1次之,ring2更次之…… 
拿Linux+x86来说, 
操作系统(内核)的代码运行在最高运行级别ring0上,可以使用特权指令,控制中断、修改页表、访问设备等等。 
应用程序的代码运行在最低运行级别上ring3上,不能做受控操作。如果要做,比如要访问磁盘,写文件,那就要通过执行系统调用(函数),执行系统调用的时候,CPU的运行级别会发生从ring3到ring0的切换,并跳转到系统调用对应的内核代码位置执行,这样内核就为你完成了设备访问,完成之后再从ring0返回ring3。这个过程也称作用户态和内核态的切换。

那么,虚拟化在这里就遇到了一个难题,因为宿主操作系统是工作在ring0的,客户操作系统就不能也在ring0了,但是它不知道这一点,以前执行什么指令,现在还是执行什么指令,那肯定不行啊,没权限啊,玩不转啊。所以这时候虚拟机管理程序(VMM)就要避免这件事情发生。 
(VMM在ring0上,一般以驱动程序的形式体现,驱动程序都是工作在ring0上,否则驱动不了设备) 
一般是这样做,客户操作系统执行特权指令时,会触发异常(CPU机制,没权限的指令,触发异常),然后VMM捕获这个异常,在异常里面做翻译,模拟,最后返回到客户操作系统内,客户操作系统认为自己的特权指令工作正常,继续运行。但是这个性能损耗,就非常的大,你想想原来,简单的一条指令,执行完,了事,现在却要通过复杂的异常处理过程。

这时候半虚拟化就来了,半虚拟化的思想就是,让客户操作系统知道自己是在虚拟机上跑的,工作在非ring0状态,那么它原先在物理机上执行的一些特权指令,就会修改成其他方式,这种方式是可以和VMM约定好的,这就相当于,我通过修改代码把操作系统移植到一种新的架构上来,就是定制化。所以像XEN这种半虚拟化技术,客户机操作系统都是有一个专门的定制内核版本,和x86、mips、arm这些内核版本等价。这样以来,就不会有捕获异常、翻译、模拟的过程了,性能损耗非常低。这就是XEN这种半虚拟化架构的优势。这也是为什么XEN只支持虚拟化Linux,无法虚拟化windows原因,微软不改代码啊。

可以后来,CPU厂商,开始支持虚拟化了,情况有发生变化,拿X86 CPU来说,引入了Intel-VT 技术,支持Intel-VT 的CPU,有VMX root operation 和 VMX non-root operation两种模式,两种模式都支持Ring 0 ~ Ring 3 这 4 个运行级别。这下好了,VMM可以运行在VMX root operation模式下,客户OS运行在VMX non-root operation模式下。也就说,硬件这层做了些区分,这样全虚拟化下,有些靠“捕获异常-翻译-模拟”的实现就不需要了。而且CPU厂商,支持虚拟化的力度越来越大,靠硬件辅助的全虚拟化技术的性能逐渐逼近半虚拟化,再加上全虚拟化不需要修改客户操作系统这一优势,全虚拟化技术应该是未来的发展趋势。

XEN是最典型的半虚拟化,不过现在XEN也支持硬件辅助的全虚拟化,大趋势,拗不过啊。。。 
KVM、VMARE这些一直都是全虚拟化。

posted on 2012-07-30 17:05 忧郁的葡萄 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏

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