All problems in computer science can be solved by another level of indirection.
前言
今天把《系统虚拟化: 原理与实现》草草看完，略过了类虚拟化实现、虚拟化性能测试的内容。
本书作者是英特尔开源软件技术中心，在2009年出版。现在是2024年，虚拟化技术已经很成熟了，但是这本书作为入门读物还是挺不错的。其次本由书复旦大学撰稿，可以说是原汁原味了。
其实很多虚拟化的相关的东西我们都不陌生了(比如 docker)，看书的过程看到很多熟悉的影子，读起来也不是很费劲。这里随便记一记阅读过程中想到的(非科普)
开头简单介绍了x86架构的一些硬件概念，这些在学操作系统的时候一般也会提及。接着提出虚拟机监控器(Virtual Machine Monitor，简称VMM)的概念，VMM可以简单理解为虚拟机程序(比如VMware Workstation)，这个概念始终贯穿全书。
虚拟化分类:
按模型分类
分hypervisor模型、宿主模型、混合模型。
hypervisor模型:VMware ESXi, 企业版虚拟机软件- 混合模型: 云服务器厂商常用的
KVM是混合模型,KVM一般和QEMU混合 - 宿主模型: 我们在 PC 经常使用的
VMware Workstation属于桌面版虚拟机软件，是宿主模型。
P.S.
KVM和qemu都是开源的。
按实现分类
- 基于软件的完全虚拟化: 我们一般叫模拟器，用代码模拟指令，如QEMU，NEMU，之前和任天堂打官司的Yuzu柚子模拟器
- 硬件辅助的完全虚拟化: 直接用硬件跑指令, Intel VT-x/VT-d
- 类虚拟化: 直接用硬件跑指令，但是要改客户机操作系统部分代码
P.S. 如果你从未在
BIOS里开启过VT-x, 此时又想用虚拟机，你会发现开不了。
当我们虚拟化的时候，我们在谈论什么
虚拟化到底要做什么呢，其实就是下面三件事
- CPU虚拟化: 模拟物理CPU，主要是捕获并模拟敏感指令
- 内存虚拟化: 模拟物理内存，让客户机能正确内存寻址
- 硬件虚拟化: 模拟物理设备，让客户机能使用 DMA、中断等
看完了基于软件的实现，感觉原理很复杂。核心思想就是引入VMM, 让VMM作为一个管理员参与到整个计算过程。在没有硬件虚拟化支持的年代，各个公司开发了五花八门的虚拟化的技术，但是还是会有很多漏洞存在，补了一个坑就有新的坑。
直到硬件虚拟化出现，可以明显感觉到，虚拟化这个问题简单了起来。果然软件的各种trick，硬件一条指令就优化了。
所以有时候一个方案设计太复杂，我们要停下来想一想，是不是走了弯路。
硬件虚拟化主要是引入了根模式/非根模式，这两种模式和系统的运行级别(ring)是正交的。VMM 工作在根模式，客户机运行在非根模式，客户机可以处于ring0也可以处于ring3。至于为什么要设计这个模式？这种模式有点像软件中断，软件中断发生的时候，会跳转到中断处理函数，中断处理函数需要把用户态的上下文压栈，以便后续恢复。非根模式下，运行到敏感指令时，CPU会中断并把上下文保存进VCPU（一个内存结构）中，然后进入VMM，当VMM逻辑运行完毕后，又会从VCPU恢复上下文，继续运行虚拟机。我理解这种模式就是更底层的软件中断。
当然，软件虚拟化现在也没有消失, 比如你就可以在PC玩到塞尔达🤣，QEMU也是KVM的好伙伴。一种新技术的出现总是为了改善已有问题。如果大家没有虚拟化的强烈需求，硬件公司也不会去支持虚拟化。
Docker
最后说说docker， docker是在虚拟化什么呢。
docker虚拟化的是操作系统级别的资源，比如能用多少cpu、用多少内存。同一个操作系统上的两个容器，是共享同一个操作系统的。举个例子，两个容器中的同一进程，页表的内容肯定是不一样的。而如果你的docker镜像用到了内核某个版本的特性，那么启动容器的时候就要注意宿主机的内核版本。
虚拟机还包括了硬件资源的虚拟化。同一台机器上的两个虚拟机实例，每个实例都要运行一个操作系统。
所以我们常说docker是轻量的虚拟化。启动一个docker镜像比启动一个虚拟机快得多。