虚拟机底层实现原理(虚拟机与物理架构)

虚拟机 (VM) 是一种计算机系统，它可以在物理计算机（称为主机）上创建多个虚拟计算机（称为虚拟机）。 虚拟机提供了与物理计算机相同的功能，包括运行操作系统、应用程序和用户数据。
虚拟机的底层实现依赖于两个关键技术：硬件虚拟化和软件虚拟化。
硬件虚拟化
硬件虚拟化通过在物理计算机的处理器的硬件级别上创建隔离环境来实现。 它允许多个虚拟机同时运行，而无需彼此干扰。
虚拟化扩展 (Intel VT-x/AMD SVM)：这些指令集扩展允许虚拟机直接访问主机处理器的资源，例如寄存器和内存。
中断重定向 (Intel VT-d/AMD IOMMU)：此功能允许虚拟机管理自己的输入/输出 (I/O) 设备，而无需主机干预。
软件虚拟化
软件虚拟化运行在主机操作系统的顶部，并创建一个虚拟机管理程序 (VMM)。 该 VMM 负责管理虚拟机的硬件资源并为其提供隔离环境。
VMM 内核模块：该模块充当虚拟机的内核，提供诸如进程调度、内存管理和 I/O 重定向等基本服务。
虚拟化软件：此软件在 VMM 和虚拟机之间创建一个抽象层，允许虚拟机访问主机硬件并运行不同的操作系统。
虚拟机生命周期
虚拟机的生命周期包括以下阶段：
1. 创建：VMM 分配硬件资源并创建虚拟机映像。
2. 启动：VMM 加载虚拟机映像并启动虚拟化环境。
3. 运行：虚拟机在隔离环境中运行，用户可以与之交互并运行应用程序。
4. 暂停：VMM 将虚拟机的状态保存在内存中，暂停其执行。
5. 恢复：VMM 从内存中恢复虚拟机的状态，使其恢复执行。
6. 停止：VMM 释放虚拟机的硬件资源并关闭虚拟化环境。
优点
虚拟机具有以下优点：
隔离性：虚拟机彼此独立，防止恶意软件和攻击。
资源池化：虚拟机可以动态地共享主机上的资源，提高利用率。
可移植性：虚拟机映像可以在不同主机之间移动，提供便携性和灵活性。
测试和开发：虚拟机提供了隔离的测试环境，用于软件开发和测试。