一、 概述
在这一章中，我们先介绍一些贯穿全书的概念，比如Hypervisor，VT-x，VT-d，SVM等等。然后我们会简略介绍下NewBluePill项目背景及其所采用的硬件虚拟化技术。
这一章只是介绍这些技术大致的轮廓，详细内容会在后面各章节中逐一介绍。
虚拟化技术概述
在讨论Hypervisor之前首先谈谈虚拟，虚拟（virtualization）指对计算机资源的抽象，一种常用的定义是“虚拟就是这样的一种技术，它隐藏掉了系统，应用和终端用户赖以交互的计算机资源的物理性的一面，最常做的方法就是把单一的物理资源转化为多个逻辑资源，当然也可以把多个物理资源转化为一个逻辑资源（这在存储设备和服务器上很常见）”
实际上，虚拟技术早在20世纪60年代就已出现，最早由IBM提出，并且应用于计算技术的许多领域，模拟的对象也多种多样，从整台主机到一个组件，其实打印机就可以看成是一直在使用虚拟化技术的，总是有一个打印机守护进程运行在系统中，在操作系统看来，它就是一个虚拟的打印机，任何打印任务都是与它交互，而只有这个进程才知道如何与真正的物理打印机正确通信，并进行正确的打印管理，保证每个job按序完成。
长久以来，用户常见的都是进程虚拟机，也就是作为已有操作系统的一个进程，完全通过软件的手段去模拟硬件，软件再翻译内存地址的方法实现物理机器的模拟，比如较老版本的VMWare, VirtualPC 软件都属于这种。
在2005年和2006年，Intel和AMD都开发出了支持硬件虚拟技术的CPU，也就是在这时，x86平台才真正有可能实现完全虚拟化[1]。在2007年初的时候，Intel还进一步的发布了VT-d技术规范，从而在硬件上支持I/O操作的虚拟化。随着硬件虚拟化技术越来越广泛的采用，开发者也开始虚拟技术来做一些其他的事情：当前HVM已经在虚拟机，安全，加密等领域上有所应用，例如VMware Fusion, Parallels Desktop for Mac, Parallels Workstation 和 DNGuard HVM，随着虚拟化办公和应用的兴起，相信虚拟化技术也会在未来得到不断发展。
硬件虚拟化技术（HEV）
有了虚拟技术的基本概念，下面我们谈谈硬件虚拟化技术。硬件虚拟化技术（Hardware Enabled Virtualization，本书中简称HEV），也就是在硬件层面上，更确切的说是在CPU里(VT-d技术是在主板上北桥芯片支持)，对虚拟技术提供直接支持，并通过这种设计提高虚拟效率、降低开发难度。在硬件虚拟化技术诞生前，编写虚拟机过程中，为了实现多个虚拟机上的真实物理地址隔离，需要编程实现把客户机的物理地址翻译为真实机器的物理地址。同时也需要给不同的客户机操作系统编写不同的虚拟设备驱动程序，使之能够共享同一真实硬件资源。硬件虚拟化技术则在硬件上实现了内存地址甚至于I/O设备的映射，因此大大简化了编写虚拟机的过程。而其硬件直接支持二次寻址和I/O映射的特性也提升了虚拟机在运行时的性能。[2]
图1.1 硬件虚拟化技术架构示意图
在硬件虚拟化技术中，一个重要的概念就是VMM （Virtual Machine Monitor[3]），它专指在使用硬件虚拟化技术时创建出的特权层，该层提供给虚拟机开发者，用来实现虚拟硬件与真实硬件的通信和一些事件处理操作（如图1.1），因此Hypervisor的权限级别要高于等于操作系统权限。
图1.2 Hypervisor使用架构图
前文中已经提过,Hypervisor层的权限要高于等于操作系统的权限。操作系统的内核态已经处在了Ring0特权级上，因此Hypervisor层实际上要运行在一个新的特权级别上，我们称之为“Ring -1”特权级。同时需要新的指令，寄存器以及标志位去实现这个新增特权级的功能。
作为一种最佳实践方案，一般Hypervisor层的实现都是越简单越好。一方面，简单的实现能够尽量降低花在Hypervisor上的开销[4]，毕竟大多数这些开销在原先的操作系统上是不存在的。另一方面，复杂的程序实现容易引入程序漏洞，Hypervisor也是如此，且一旦Hypervisor中的漏洞被恶意使用，由于其所处特权级高于操作系统，将使隐藏在其中的病毒、恶意程序很难被查出。
[1] 完全虚拟化(Full Virtualization), 完整虚拟底层硬件，这就使得能运行在该底层硬件上的所有操作系统和它的应用程序，也都能运行在这个虚拟机上。
[2] 一些优化技术也在硬件中被采用，比如专门用于二次寻址的TLB，详细信息可以参考Intel和AMD的手册
[3] 在本书中也称为Hypervisor
[4] 关于Hypervisor的开销问题，后面的章节会有介绍
