华为HCIE云计算培训笔记第4天

CPU虚拟化
首先，在传统计算机当中，如何使用CPU：1、操作系统独占CPU 2、操作系统拥有对CPU的最高权限（ring0）

ring0 操作系统内核使用特权指令
ring1 2 驱动程序使用很少使用
ring3 应用程序使用非特权指令

引入虚拟化之后，出现两个问题：
1、hypervisor运行多个VM，VM、hypervisor都要使用CPU，如何共享
2、VM作用应用程序，只允许使用ring3，但vm中也有操作系统，需要使用ring0，指令越级。

1、VM使用vCPU，hypervisor将vCPU调度到PCPU上运行，实现物理CPU资源的分时复用

2、经典虚拟化->二进制翻译“全虚拟化”->操作系统辅助的“半虚拟化”->硬件辅助的“全虚拟化”

KVM CPU虚拟化三种模式：
1、客户机模式：对应非根模式主要用于处理guestOS非IO类代码
2、内核态模式：对应根模式ring0 vm entry vm exit
3、用户态模式：对应根模式ring3 主要用于处理guestOS IO类代码

KVM：1、kvm模块运行在内核态 2、qemu模块运行在用户态

vm entry：当需要运行非IO类代码，需要进入客户机模式（非根），entry
vm exit:当不需要运行非IO类代码，退出客户机模式（根），exit

正常运行，不需要进行切换
虚拟化开销：1、由根模式下vmm处理，带来开销 2、entry \exit的切换开销

vmm与hypervisor的关系？
1、绝大部分情况下，相等
2、vmm大于hypervisor，在hypervisor上加了libvirt

内存虚拟化
Native操作系统对内存的认识与管理达成以下两点认识：

内存都是从物理地址0开始的

内存都是连续的

引入虚拟化后出现的问题：

从物理地址0开始的：物理地址0只有一个，无法同时满足所有客户机从0开始的要求；

地址连续：虽然可以分配连续的物理地址，但是内存使用效率不高，缺乏灵活性。

VMM需要处理以下两个问题：

1、维护客户机物理地址到宿主机物理地址之际间的映射关系。GPA -> HPA

2、截获虚拟机对客户机物理地址的访问，并根据映射关系转换为宿主机物理地址。(GVA ->) GPA -> HVA -> HPA

GVA: Guest Virtual Address 客户机虚拟地址：虚拟机操作系统使用的地址
GPA: Guest Physical Address 客户机物理地址：虚拟机所认为的机器地址

HVA: Host Virtual Address 宿主机虚拟地址：qemu-kvm在机器上，申明一段连续的大小的地址，用于分配给虚拟机使用。

HPA: Host Physical Address 宿主机物理地址：机器地址

(GVA ->) GPA：操作系统本身就具备MMU模块，可以实现虚拟地址到物理地址的转换。
GPA -> HVA -> HPA：

如何解决以上的问题？
一、软件方式
xen同时具备半虚、全虚，以xen为例子。
1、直接模式
在半虚拟化情况下，guest OS是经过修改，是知道自己跑在虚拟化环境下。直接实现GPA -> HPA。此张表保存在vm中。
2、影子列表
在全虚拟化情况下，guest OS没有经过修改，不知道自己跑在虚拟化环境下。在hypervisor中，引入虚拟的MMU，实现GPA -> HVA -> HPA。此张表保存在hypervisor中。hypervisor需要做两次转换，压力较大。性能比较差。
二、硬件方式
intel ept:直接在CPU上，实现GPA -> HVA -> HPA，在CPU上保存此张表。
amd npt:也是类似的方式，直接在CPU上，实现GPA -> HVA -> HPA，在CPU上保存此张表。

硬件方式与影子列表：
1、性能较好。
2、减少软件厂商的工作。

1、KVM属于哪种虚拟化类型？CPU虚拟化是属于半虚、还是全虚？
2、CPU虚拟化是有哪些方式？
3、如何区分半虚还是全虚？xen是属于哪种方式？
4、kvm有哪些部分组成？分别运行在哪里？
5、内存虚拟化有哪些实现方式？分别有哪些缺点？
6、cpu有哪些运行模式？分别做什么的？

虚拟化类型：
1、寄居虚拟化 workstations
2、裸金属虚拟化 xen vmware esxi
3、混合虚拟化 kvm
4、操作系统虚拟化容器

IO虚拟化：
全模拟
HW=> Host Kernel
Host Kerne=>qemu
qemu=>kvm
kvm=>guest
Virtio
HW=> Host Kernel
Host Kerne=>qemu
Qemu=>guest
Vhost
HW=> Host Kernel
Host Kernel=> Guest

CSBS VBS 云服务器、云硬盘备份（ebackup）
CSDR 云服务器容灾（主备容灾）
CSHA 云服务器高可用（双活容灾）
VHA 云硬盘高可用（本地高可用）

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