1.内存管理的内存内存基本知识和概念
2.系统虚拟化——原理与实现内容简介
3.DPDK学习 虚拟化理解vhost和virtio
4.CPU虚拟化，磁盘虚拟化，虚拟虚拟内存虚拟化，化源化源io虚拟化
5.Intel 虚拟化技术（Intel® VT）：CPU 虚拟化与内存虚拟化
6.虚拟化分类与 I/O 虚拟化技术概述

内存管理的基本知识和概念

       不论是固定分区法还是动态分区法，这两种直接使用物理地址的意思方法，存在以下三个问题：内存碎片、内存内存hybbs留言源码内存使用效率低下以及内存管理的虚拟虚拟复杂性。这三个问题怎么解决呢？

       从需要使用内存的化源化源角度看，需要使用内存的码什码有三大块：程序代码、栈、意思堆。内存内存然后，虚拟虚拟设计人员对内存管理有个伟大的化源化源抽象。将程序代码、码什码栈、意思堆抽象为一个进程地址空间(后者称之为虚拟内存)。对于进程而言，它不需要关心分配的内存在哪块物理地址，只需要管理使用即可。处理器会把进程对内存的请求的虚拟地址转换为合适的物理地址，这个中间转换过程称之为地址转换(address transtion)。这就是内存虚拟化。

       操作系统的三大元素：内存管理、进程管理、文件系统。地址空间抽象的好处：解决了固态分区法和动态分区法引申出的内存碎片和内存使用效率问题。

       那么地址空间保护问题怎么解决呢？基于进程地址空间，设计人员又想到了一种机制叫做分段(Segmentation)机制。分段机制可以解决地址空间保护问题。进程A和进程B被映射到不同的地址空间，且它们的物理地址空间是不会有重叠的。从进程的角度看，进程关心的是虚拟地址空间，而不关心实际映射到哪个物理地址。如果出现某个进程访问了没有映射的虚拟地址空间，或者访问了其他进程的虚拟地址空间，那么CPU会捕捉到这次越界访问，audioengine源码并拒绝这次访问。同时CPU会将异常错误发送给操作系统，有操作系统来处理这些异常情况。这也就是缺页异常。

       分段机制的好处在于操作系统只需要通过CPU提供的地址映射方法，将虚拟地址转换为实际的物理地址，并维护好虚拟地址到物理地址之间的映射关系。那么我们可以将程序无缝的迁移到其他系统上去。因为不需要关心实际的物理地址布局，只需要专注于虚拟地址空间。但是分段机制的缺点是这种通过增加虚拟内存的方式，对内存使用的效率还是偏低。分段机制对虚拟内存到物理内存的映射还是以进程为单位。进程还是会存在整个换入换出的处理。

       那么怎么进一步解决这个问题呢？实际上进程运行时，只有一部分数据在使用。是否存在一种机制，可以将常用的数据驻留在物理内存中，而将不常用的数据交换出磁盘，以节省系统带宽，从而得到更好的性能？答案是有的，这就是分页(paging)机制。

       分页机制的相关专业名词：页表、虚拟地址、物理地址。分页机制的核心思想是让程序中一部分不适用的内存可以存放到交换磁盘中，而程序正在使用的内存则继续保留在物理内存中。在没有使能分页机制的处理器中，处理器是可以直接访问物理地址，把物理地址发送给内存控制器。在使能了分页机制的处理器中，处理器是不能直接访问物理地址的，只能访问虚拟地址空间。处理器先发出虚拟地址，这个地址不会直接发给内存控制器，而是PixILab源码先发给内存管理单元(MMU)。MMU负责虚拟地址到物理地址转换和翻译。

       分页机制的基本概念：在虚拟地址空间里可以按照固定大小来分页，典型的页面粒度是4KB。在物理内存中，空间可以分为和虚拟地址大小相同的块，称为页帧(page frame)。程序可以在虚拟地址空间里任意分配虚拟内存，但只有当程序需要访问或者修改虚拟内存时，操作系统才会为其分配实际的物理页面，这个过程叫作请求调页(demand page) 或者缺页异常(page fault)。

       MMU是如何实现虚拟地址到物理地址的转换和翻译的呢？MMU将虚拟页帧号(Virtual Page Frame Number, ***) 转换成物理页帧号(Physical Frame Number,PFN)。处理器通常使用一张表来存储***到PFN的映射关系。这张表也就是页表(Page Table,PT)。页表中的每一项称为页表项(Page Table Entry, PTE)。

       页表查询过程：假设处理器是位的，即位宽是位，页面粒度是4KB。虚拟地址VA[:0] 分为两部分：页目录号(PDN)和页表号(PTEN)。页表查询的流程如下：先从页目录表中查找到对应的页表项，然后将页表项的页表号和虚拟地址的页表号进行比较，如果匹配则从页表中查找到对应的页表项，再将页表项的页帧号和虚拟地址的页帧号进行比较，如果匹配则完成虚拟地址到物理地址的映射过程。

       页表工作原理：页表一般不存放在寄存器中，因为这样会占用很多硬件资源，通常的做法是将页表放在主内存里，通过页表基地址寄存器来指向页表的起始地址。

       分页机制的实现中，页表的查询过程可以分为两个阶段：先从页目录表中查找到对应的页表项，然后从页表中查找到对应的页表项。分页机制中，页目录表和页表的大小和数量取决于页面大小、页面数量以及页目录表的深度。页目录表的深度决定了页表的层数，页表的层数取决于页面的大小和数量。通常，Serverlet源码页目录表的深度为4或5，页表的层数为1或2。

       页表查询的性能影响因素：页表的层数、页表项的大小、页表的存储位置、页表的维护和更新操作。页表查询的时间复杂度为O(log n)，其中n为页表项的数量。页表查询的时间复杂度可以通过优化页表的存储位置、减少页表的层数、减少页表项的大小、减少页表的维护和更新操作来降低。

       页表查询的具体实现：在分页机制中，页表查询的过程可以分为两步：先从页目录表中查找到对应的页表项，然后从页表中查找到对应的页表项。页目录表和页表的存储位置通常在主内存中，页目录表的起始地址存储在页目录表基地址寄存器中，页表的起始地址存储在页表基地址寄存器中。页目录表和页表的维护和更新操作通常由操作系统进行，操作系统通过修改页目录表和页表中的页表项来实现。

       综上所述，内存管理的基本知识和概念包括内存虚拟化、分段和分页机制。内存虚拟化通过将物理地址空间抽象为虚拟地址空间，使得程序无需关心物理地址，提高了内存管理的效率和灵活性。分段机制通过将程序所需的内存空间的虚拟地址映射到某个物理地址空间，解决了地址空间保护问题，使得进程之间可以共享物理地址空间，提高了内存管理的安全性和效率。分页机制通过将程序使用的内存空间划分为多个大小固定的页，使得程序可以将常用的数据驻留在物理内存中，而将不常用的数据交换出磁盘，提高了内存管理的效率和带宽利用率。内存管理的基本知识和概念还包括页表查询过程、页表工作原理和页表查询的onion源码性能影响因素，这些内容对于理解内存管理的实现机制和优化内存管理具有重要意义。

系统虚拟化——原理与实现内容简介

       系统虚拟化技术在《系统虚拟化》一书中被全面而深入地探讨，本书共分为九章。第一章以概述的形式，为读者介绍了虚拟化技术的基本概念；第二章则深入探讨了计算机系统的基础知识，为后续章节的技术阐述打下基础。

       从第三章开始，作者详细剖析了系统虚拟化的核心技术，包括CPU虚拟化、内存虚拟化和I/0虚拟化，介绍了虚拟机监控器（VMM）的构成与分类，同时对市场上的主流虚拟化产品进行了简要介绍，帮助读者理解虚拟化技术在实际应用中的重要角色。

       第四至第六章分别从软件完全虚拟化、硬件辅助完全虚拟化和类虚拟化这三个实现技术角度，深入剖析了系统虚拟化的具体方法，让读者能够掌握各种技术的细节和实现策略。

       第七章聚焦于虚拟机的性能评测和调试技术，对于优化虚拟化环境和提升性能具有指导意义。第八章则通过实例展示了系统虚拟化在实际场景中的应用，为读者提供了丰富的实践参考。

       最后，第九章展望了虚拟机和系统虚拟化技术的未来发展，展示了这一领域的广阔前景。《系统虚拟化》集理论与实践于一体，用通俗易懂的语言阐述，无论是计算机专业的高年级学生、研究生，还是系统相关领域的研究开发人员，甚至是对虚拟机及虚拟化核心技术感兴趣的读者，都能从中收获宝贵的知识和洞见。

扩展资料

       《系统虚拟化：原理与实现》不仅可以作为教材，供计算机相关专业的大学高年级学生和研究生阅读； 而且可以作为一本参考手册，供大学或企业里与系统相关领域的研究开发人员以及对虚拟机及虚拟化核心技术有兴趣的研究者和开源工作者阅读。《系统虚拟化》也是一个理论与实践相结合，用通俗易懂的语言描述系统虚拟化技术原理，其中不乏具有代表性和普遍意义的实例和技术细节，是学习系统虚拟化技术的宝贵资料。

DPDK学习 虚拟化理解vhost和virtio

       在深入理解DPDK学习的虚拟化知识时，重点在于硬件支持、CPU虚拟化、内存虚拟化以及I/O虚拟化等方面。接下来，我们将对这四个关键点进行详细解读。

       硬件支持方面，多队列网卡是关键。多队列网卡内部配置有多个队列，与CPU进行绑定，通过PCI总线高效地分配数据。多队列网卡在发送与接收方面，可针对不同队列配置专用的CPU资源，实现更精细的数据处理。

       在虚拟化领域，主要关注CPU、内存和I/O三个层面。CPU虚拟化分为完全虚拟化、硬件辅助虚拟化和半虚拟化。完全虚拟化如VMware创建的虚拟机，依赖于虚拟化平台实现。硬件辅助虚拟化，如VMware的vsphere，需要硬件指令的支持，实现多个虚拟机共享单个物理硬件。半虚拟化如Docker，使用宿主机的CPU，但通过软件层实现隔离。

       内存虚拟化主要涉及影子页表技术和扩展页表（EPT）。影子页表用于维护页表，虚拟机的虚拟地址映射到物理机虚拟地址，进而查找物理机的物理地址。EPT技术则针对物理地址偏移，通过虚拟机物理地址与宿主机物理地址的偏移关系，实现快速寻址。虽然这些技术与DPDK的内存管理方案不直接关联，但它们为虚拟化环境下的内存访问提供了高效支持。

       I/O虚拟化关注网络、磁盘等外设的访问方式。在虚拟机中，可以采用透传或虚拟化技术直接使用物理设备。网络I/O时，通过桥接或net模式实现，而磁盘I/O则可能采用全虚拟化技术。此外，通过vmxnet3等技术，可以虚拟出多队列网卡，优化网络性能。

       在虚拟化理解vhost和virtio方面，vhost技术用于适配不同的操作系统虚拟机，提供vhost-cuse和vhost-user两种消息机制。vhost设备负责管理virtio设备与客户机之间的交互，通过中间队列进行数据传输，实现高效的数据处理。通过DPDK vhost的支持，可以进一步优化I/O性能，尤其在处理高并发网络请求时。

       整体而言，DPDK学习中对虚拟化技术的掌握，不仅涉及底层硬件的优化配置，还涉及到操作系统虚拟机层面的CPU、内存和I/O的高效管理。通过理解多队列网卡、CPU虚拟化、内存虚拟化和I/O虚拟化，能够为DPDK在虚拟化环境下的应用提供坚实的理论基础。

CPU虚拟化，磁盘虚拟化，内存虚拟化，io虚拟化

       CPU虚拟化是现代计算机架构中的关键技术，有三种主要实现方式：全虚拟化（如KVM，通过二进制翻译模拟硬件）、超虚拟化（如Xen，需要操作系统支持）和硬件辅助虚拟化。KVM是一个Linux下的全功能虚拟化解决方案，能为每个虚拟机提供独立的硬件资源；Xen则是一个开放源代码的虚拟机监视器，支持多个操作系统，无需特殊硬件支持。

       内存虚拟化是另一种关键技术，通过VMM（虚拟内存管理器）实现，如KVM的内存虚拟化和shadow页表技术。内存虚拟化有助于隔离虚拟机，提高资源利用率。IO虚拟化则有三种方式，如I/O passthrough，允许虚拟机直接访问硬件，提高性能。OpenVZ作为操作系统级虚拟化，以Linux为基础，提供高性能的虚拟化方案，而VirtualBox作为一款功能全面的开源虚拟机软件，适用于多种环境。

       轻量级的虚拟化项目如Lguest，由IBM工程师开发，仅需行代码，直接与硬件交互，避免了虚拟机作为中介导致的效率损失，以GPL授权的方式提供给用户。这些虚拟化技术共同构建了现代计算机系统中的虚拟环境，满足不同场景的需求。

Intel 虚拟化技术（Intel® VT）：CPU 虚拟化与内存虚拟化

       Intel® VT 虚拟化技术，即 Intel 平台上的虚拟化解决方案，涵盖了CPU和内存的虚拟化，是实现多工作负载共享硬件资源的关键。本文将深入解析这两部分的核心内容。

       1. CPU虚拟化

       主要分为服务器虚拟化平台、指令分级和非x平台虚拟化。服务器虚拟化涉及Hypervisor和VMM，它们在虚拟机间分配和调度资源。X平台上的虚拟化技术，如Intel VT-x/VT-i，解决了敏感指令处理问题，分为全虚拟化、半虚拟化和硬件辅助虚拟化。全虚拟化如VirtualBox和VMware Workstation，虽性能较低，但QEMU广泛使用；半虚拟化如Xen和Hyper-V，依赖于Guest OS对特定指令的修改；硬件辅助虚拟化通过硬件支持，如VT-x的VMX模式，使得Guest OS能在虚拟化环境中更高效运行。

       2. 内存虚拟化

       内存虚拟化涉及地址转换和管理技术。Linux等操作系统通过虚拟内存管理，内存虚拟化技术需要映射虚拟和物理地址。有影子页表和硬件辅助的Intel EPT/AMD RVI两种方案，EPT通过扩展页表进行两次映射，减少了开销。内存管理技术如内存复用（如ESXi的内存超分配）和内存气球回收技术，后者通过动态回收和分配内存，提高整体内存利用率。

虚拟化分类与 I/O 虚拟化技术概述

       虚拟化技术是云计算的核心架构，由CPU虚拟化、内存虚拟化和I/O虚拟化构成。I/O虚拟化尤为关键，因为它处理计算、网络与存储接口的共享。本文将详述虚拟化分类和两种主要的I/O虚拟化方法：I/O模拟（包括全虚拟化和半虚拟化）与I/O直通（包括设备直通和SR-IOV直通）。

       首先，虚拟化有多种实现方式。从硬件抽象层出发，可以创建独立的虚拟机环境，如KVM、VMware Workstation，它们提供完整的硬件模拟；操作系统层虚拟化如Docker，容器内的环境共享宿主机内核但保持隔离；库函数层虚拟化如Wine，通过模拟接口使不同操作系统应用兼容；编程语言层虚拟机如JVM，运行在虚拟体系结构上。

       VMM（虚拟机监控器）是虚拟化的核心，分为Type-1（Hypervisor）、Type-2（宿主机）和Type-3/Type-1.5（混合模型）。Hypervisor直接管理物理资源，效率高但需自行处理设备驱动；宿主机模型利用宿主操作系统资源，设备驱动重用但效率受限；混合模型结合两者优势，但涉及上下文切换可能导致性能下降。

       I/O模拟分为全虚拟化和半虚拟化。全虚拟化通过VMM模拟所有I/O操作，透明于客户机，但性能较低；半虚拟化则需要修改客户机内核，提高效率但移植性差。其中，virtio已成为I/O半虚拟化的标准。

       I/O直通技术包括设备直通和SR-IOV直通，前者让每个虚拟机独占物理设备，提高性能但牺牲扩展性；SR-IOV则允许多个系统共享单个I/O设备，提高资源利用率。

       总的来说，虚拟化技术通过灵活的架构和I/O策略，平衡性能和资源管理，为云计算提供了基础。