400-900-2453CPU虚拟化简单来说就是通过虚拟化技术把一个物理的cpu分割成多个虚拟的cpu，用以分配给虚拟桌面来使用，这种虚拟化技术可以是虚拟cpu看起来完全像一个独立的物理cpu一样，早先的X86桌面型cpu并不支持虚拟化，后来由于虚拟化的市场应用不断扩张，intel和AMD都分别在自家的x86架构上进行了调整，比如intel就加入了INTEL-VT技术，让X86的cpu可以很好支持虚拟化应用。
想要了解CPU的虚拟化，先要知道CPU在执行指令过程中的对于指令的分类，CPU指令的运行级别可以分成ring0--ring3，ring0是最高级，拥有最高权限，一般来说是用于执行操作系统的内核代码，用来控制中断，修改页表，访问设备等，ring1和ring2用于设备的驱动调用，而我们常用的应用程序则运行在ring3这一层。在实际运行中，CPU的运行级别会根据需要不断的在ring0和ring3中来回切换。
由于这种ring0到ring3的切换给虚拟化带来的挑战，host（宿主）操作系统是工作在ring0上，而guest（用户）的操作系统是虚拟出来的镜像，是不能运行在ring0上的，但是对于guest的操作系统确并不知道自己运行在ring0上，如果guest操作系统还是和平常一样运行，就会出错，因为权限不够，这时就需要一套复杂的错误处理机制进行处理，这对性能是严重的损耗。
半虚拟化就是用来解决这种对性能有这严重损耗的情况，比如Xen的半虚拟化技术，为guest操作系统专门定制一个内核，这个定制就是告诉guest操作系统自己是运行在ring3上的，这样一来就不会有一些列的异常捕获，错误处理，翻译，模拟等过程。不过正是由于Xen需要对操作系统内核进行修改，所以只能支持linux，而不能支持windows，因为不能修改windows的代码。
随着CPU厂商对虚拟化的支持，intel加入了INTEL-VT技术，AMD加入了AMD-V技术，随着这些新技术的加入，完全解决了ring0--ring3的运行界别限制，采用root operation和non-root operation两种运行模式来取代，这样一来，全虚拟化的性能就大幅提升，再加上全虚拟化不需要修改操作系统内核，Xen这种半虚拟化就逐渐被KVM所取代了。
KVM是一种全虚拟化技术，在RedHat Linux 6.0版本之后开始成为主流。
CPU的虚拟化有多种形式，在KVM虚拟化中，一般我们把CPU虚拟化分成：完全虚拟化，半虚拟化和硬件辅助虚拟化。看下表：
全虚拟化 | 硬件辅助虚拟化 | 半虚拟化 | |
实现技术 | BT和直接执行 | 遇到特权指令转到root模式执行 | Hypercall |
客户操作系统修改/兼容性 | 无需修改客户操作系统，最佳兼容性 | 无需修改客户操作系统，最佳兼容性 | 客户操作系统需要修改来支持hypercall，因此它不能运行在物理硬件本身或其他的hypervisor上，兼容性差，不支持Windows |
性能 | INTEL-VT和AMD-V加持下，性能已经逼近半虚拟化 | 全虚拟化下，CPU需要在两种模式之间切换，带来性能开销；但是，其性能在逐渐逼近半虚拟化。 | 好。半虚拟化下CPU性能开销几乎为0，虚机的性能接近于物理机。 |
作者：禹龙云 上传时间：2021-06-15 16:41:55
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