image.png

什么是Hypervisor

Hypervisor，又称虚拟机监视器(英语：virtual machine monitor，缩写为 VMM)，是用来建立与执行虚拟机器的软件、固件或硬件。

被Hypervisor用来执行一个或多个虚拟机器的电脑称为主体机器(host machine)，这些虚拟机器则称为客体机器(guest machine)。hypervisor提供虚拟的作业平台来执行客体操作系统(guest operating systems)，负责管理其他客体操作系统的执行阶段；这些客体操作系统，共同分享虚拟化后的硬件资源。

特点

Hypervisor有如下优点：

1. 提高主机硬件的使用效率。
   因为一个主机可以运行多个虚拟机，这样主机的硬件资源能被高效充分的利用起来。
2. 虚拟机移动性强。
   传统软件强烈捆绑在硬件上，转移一个软件至另一个服务器上耗时耗力(比如重新安装)；然而，虚拟机与硬件是独立的，这样使得虚拟机可以在本地或远程虚拟服务器上低消耗转移。
3. 虚拟机彼此独立。
   一个虚拟机的奔溃不会影响其他分享同一硬件资源的虚拟机，大大提升安全性。
4. 易保护，易恢复。
   Snapshot技术可以记录下某一时间点下的虚拟机状态，这使得虚拟机在错误发生后能快速恢复。

Hypervisor的种类：

1. bare-metal hypervisors：直接部署在主机硬件上，以管理硬件和guest machine。
   

   image.png

   尽管近年来有着诸如Docker、Kubernetes这样的基于容器技术的虚拟化技术让人眼前一亮，但是，要知道，这些容器均是部署在云中的Hypervisor之上的。

2. hosted hypervisors：作为软件层部署在主机操作系统上，现在常用的VMware Player和VirtualBox就是这种类型。
   

   image.png

虚拟机监视器 (VMM) 和设备模型

Hypervisor可以分解为两部分: 虚拟机监视器 (VMM) 和设备模型。

VMM 响应设置虚拟机和掌控由客户操作系统执行诸如I/O访问的特权指令引发的陷阱(即虚拟机出口)。

设备模型，负责实现所有设备(如网卡，存储设备等)的 I/O 接口。

Hypervisor的体系结构如下图所示:

image.png

发展历史

在上世纪 70 年代，VMM的陷入 - 模拟模式被得到了正式的认可(Popek and Goldberg, 1973)，但直到 90 年代中期才流行起来，用于在多核的机器上运行商业操作系统(Bugnion et al., 1997)。然而，当年更受欢迎的机器架构是英特尔的 X86，是没有虚拟化功能的，因为其在一些特权声明没有陷入(trap)功能。

在 1999 年，一家叫做VMware的公司做了一款Hypervisor, 它的目标就是在 X86下运行虚拟化。但是它实现的方式是使用二进制翻译，而不是指令的陷入，同时仍然直接在物理CPU上运行无特权的指令，解决了x86的虚拟化问题(Adams and Agesen, 2006)，这使得VMware虚拟机管理程序可以在虚拟机的 x86 硬件上运行未修改的商业操作系统，而不会影响性能。

在 2003 年，又出现了叫做Xen的Hypervisor，它使用了完全不同的方法来解决X86的虚拟化问题，放弃了二进制翻译的做法，而是修改了客户操作系统的源代码来陷入到Hypervisor 中，以代替执行非陷入特权指令。

随后，英特尔和AMD分别在 2005 和 2006 年先后发布了带有虚拟化扩展的 X86架构的CPU，这又使得经典的陷入 - 模拟模式成为了可能。而且又一项技术出现了，那就是KVM，最初是为Linux而开发的，其作为Linux内核的一个子系统，与QEMU的设备模式协作，共同构成了完整的Hypervisor。最初，KVM项目提供的基于软件的设备模式从而模拟完整的硬件设备，后来又引入了virtio机制，从而实现了半虚拟化I/O设备模型。

参考

百度百科什么是HypervisorHypervisor的演化史及未来展望