全虛擬化

在計算機科學中，全虛擬化（英語：Full virtualization）是硬件虛擬化的一種，允許未經修改的客作業系統（英語：Guest OS）隔離運行。硬件虛擬化對客作業系統隱藏了真實的硬件，虛擬機運行在一個架設在硬件或主機作業系統（英語：Host OS）之上的虛擬機監視器(VMM)中。對於全虛擬化，硬件特徵會被映射到虛擬機上，這些特徵包括完整的指令集、I/O操作、中斷和內存管理等。在全虛擬化環境中，任何可以運行在裸機上的軟件（通常是作業系統）都可以未經修改地運行在虛擬機中。相對地，半虛擬化（英語：Paravirtualization）則要求對客作業系統做出必要的更改，以適應VMM提供的半虛擬化API。^[1]

實現一個比主機作業系統優先級更高的VMM或超級作業系統（英語：Super OS）是全虛擬化與1型虛擬化（英語：Type-1 virtualization）的基礎。監視器或超級作業系統需要兩個關鍵特性來提供並保護虛擬化環境：

作業系統無關的儲存管理，可以為不同的虛擬環境（如Linux、Windows和嵌入式環境）提供資源，並保護這些環境不會被未經授權地訪問；
虛擬化環境的切換，以向虛擬機分配物理計算資源。Intel VT-x與AMD-V的x86虛擬化和IBM在20世紀60年代末到70年代初的早期虛擬機有着不同的實現。

全虛擬化僅僅在波佩克與戈德堡虛擬化需求得以滿足時才是可行的。

在大多數IBM System/360（IBM System/360-67是一個例外）和早期的IBM System/370是無法實現全虛擬化的。IBM於1972年在System/370上添加了實現虛擬化內存的硬件，從而實現了全虛擬化。

全虛擬化在早期的x86平台上也無法實現。直到2006年前後，AMD和Intel分別加入了AMD-V和Intel VT-x擴展（參見x86虛擬化）。Intel VT-x採用了保護環的實現方式，以恰當地控制虛擬機的內核模式特權。然而在此之前許多x86上的平台VMM已經非常接近於實現全虛擬化，甚至宣稱支持全虛擬化。比如 Adeos、Mac-on-Linux、Parallels Desktop for Mac、Parallels Workstation、VMware Workstation、VMware Server、VirtualBox、Win4BSD和Win4Lin Pro。以VMware為例，它使用二進制翻譯的技術，可以在運行時將x86軟件中的一些可以「穿過虛擬機」的指令自動地翻譯成對主機安全的指令。^[2]

全虛擬化技術應對的關鍵挑戰是對有高特權操作的偵聽和模擬，比如I/O操作。虛擬機中所有操作的副作用一定要限制在虛擬機之內——虛擬操作不可以修改其他虛擬機的狀態、控制程序或是硬件。對於涉及對象完全受VMM管理的機器指令，可以直接在硬件上執行，例如內存地址和算數寄存器。其他一些指令可能會「穿過虛擬機」，即可以訪問或影響狀態信息或對虛擬機外產生影響，這些指令就不可以直接執行，它們必須被軟中斷之後由VMM模擬執行。

全虛擬化已被證實的成功之處有：

多用戶之間共享系統
隔離用戶（和控制程序）
模擬新硬件，提升可靠性、安全性和生產力

參見

平台虛擬化軟件比較（英語：Comparison of platform virtualization software）
CP/CMS（英語：CP/CMS）
硬件輔助虛擬化（英語：Hardware-assisted virtualization）
Hyperjacking（英語：Hyperjacking）
管理程序
I/O虛擬化（英語：I/O virtualization）
LPAR（英語：LPAR）
作業系統層虛擬化
半虛擬化（英語：Paravirtualization）
硬件虛擬化
波佩克和戈德堡虛擬化的要求
PR/SM（英語：PR/SM）
虛擬機器

參考文獻

^ Irfan Habib. Virtualization with KVM. Linux Journal. 2008-02,. Volume 2008 (Issue 166) [2017-11-12].
^ VMware. Understanding Full Virtualization, Paravirtualization, and Hardware Assist (PDF). VMware. 11 Sep 2007 [2007-12-09]. （原始內容 (PDF)存檔於2008-05-11）.

外部連結

Compatibility is Not Transparency: VMM Detection Myths and Realities（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）

[Virtualization_with_KVM-1] Irfan Habib. Virtualization with KVM. Linux Journal. 2008-02,. Volume 2008 (Issue 166) [2017-11-12].

[VMware_Paper-2] VMware. Understanding Full Virtualization, Paravirtualization, and Hardware Assist (PDF). VMware. 11 Sep 2007 [2007-12-09]. （原始內容 (PDF)存檔於2008-05-11）.

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