資訊專欄INFORMATION COLUMN
摘要：可以說(shuō)虛擬化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)云計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)層面的核心技術(shù)。虛擬為每個(gè)虛擬機(jī)的準(zhǔn)備了一個(gè)虛擬寄存器的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，跟蹤著所有寄存器中的值。的全部狀態(tài)其實(shí)就是所有寄存器的值，只要在看來(lái)寄存器的值沒(méi)問(wèn)題，就可以正常執(zhí)行。如果訪問(wèn)模式的寄存器，是不會(huì)管的。
我們知道云計(jì)算平臺(tái)上面的云主機(jī)實(shí)際上都是虛擬機(jī)，但我們感覺(jué)不出來(lái)，用起來(lái)和一臺(tái)真實(shí)的服務(wù)器沒(méi)什么區(qū)別，這都要?dú)w功于虛擬化技術(shù)（Virtualization）。可以說(shuō)虛擬化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)云計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)層面（IaaS）的核心技術(shù)。那么這種虛擬化技術(shù)究竟是怎么回事？
云計(jì)算所使用的虛擬化技術(shù)，其實(shí)并不是一項(xiàng)新技術(shù)。1998年成立的VMWare（威睿）公司就是做虛擬機(jī)軟件的，后來(lái)被數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)公司EMC（易安信）收購(gòu)了，再后來(lái)EMC又被Dell收購(gòu)了。
我們先不談VMware公司的歷史，重點(diǎn)說(shuō)一下他們的虛擬機(jī)軟件：VMware Workstation。這個(gè)軟件允許多個(gè)x86虛擬機(jī)同時(shí)被創(chuàng)建和運(yùn)行。每個(gè)虛擬機(jī)實(shí)例可以運(yùn)行其自己的客戶機(jī)操作系統(tǒng)（Guest OS），如Windows、Linux、BSD等。說(shuō)白了就是，VMware Workstation允許一臺(tái)真實(shí)的計(jì)算機(jī)同時(shí)運(yùn)行好幾個(gè)操作系統(tǒng)。
從底層操作系統(tǒng)來(lái)看，每個(gè)虛擬機(jī)都是一個(gè)用戶進(jìn)程；從虛擬機(jī)中的的Guest OS來(lái)看，自己擁有整個(gè)計(jì)算機(jī)。
虛擬機(jī)的工作原理
虛擬機(jī)軟件解決了一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題：就是如何讓Guest OS認(rèn)為自己正運(yùn)行在一個(gè)真實(shí)的計(jì)算機(jī)上。
VMware的架構(gòu)圖
管理多個(gè)虛擬機(jī)的軟件叫做VMM（Virtual Machine Monitor），或者叫hypervisor。VMM做了三件事來(lái)欺騙Guest OS：分別是虛擬CPU、虛擬內(nèi)存、虛擬I/O。
虛擬CPU：為每個(gè)虛擬機(jī)的CPU準(zhǔn)備了一個(gè)虛擬寄存器的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，跟蹤著CPU所有寄存器中的值。CPU的全部狀態(tài)其實(shí)就是所有寄存器的值，只要在Guest OS看來(lái)寄存器的值沒(méi)問(wèn)題，Guest OS就可以正常執(zhí)行。
Guest OS作為一個(gè)用戶進(jìn)程，實(shí)際上運(yùn)行在CPU的ring3模式（最低權(quán)限），但VMM讓它以為自己運(yùn)行在CPU的ring0模式（特權(quán)模式）。如果Guest OS訪問(wèn)ring3模式的寄存器，VMM是不會(huì)管的。但如果Guest OS試圖訪問(wèn)一些ring3模式的寄存器，VMM就直接修改虛擬寄存器的值，讓Guest OS認(rèn)為自己真的操作了這些特權(quán)模式下才能訪問(wèn)的寄存器。
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