半虛擬化是一種重新編譯客戶機(jī)操作系統(tǒng)(OS)將其安裝在虛擬機(jī)(VM)上的一種虛擬化類型，并在主機(jī)操作系統(tǒng)(OS)運(yùn)行的管理程序上運(yùn)行。

與傳統(tǒng)的完全虛擬化相比，半虛擬化可以減少開(kāi)銷，并提高系統(tǒng)性能。

虛擬化這一術(shù)語(yǔ)指的是創(chuàng)建資源的虛擬化而非實(shí)際(物理)版本，如操作系統(tǒng)(OS)、服務(wù)器、桌面、存儲(chǔ)設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)。

半虛擬化、完全虛擬化和部分虛擬化分別是三種類型的虛擬化。

虛擬化通過(guò)采用包括仿真、機(jī)器仿真、硬件和軟件分區(qū)等技術(shù)將資源劃分為多個(gè)執(zhí)行環(huán)境。

在企業(yè)中，虛擬化通常用于以下目的：

在計(jì)算機(jī)上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)(OS)。

將大型系統(tǒng)分成更小的部分，以更有效地使用物理硬件。

隔離在虛擬機(jī)(VM)中運(yùn)行的程序，以使它們免受同一主機(jī)上另一虛擬機(jī)(VM)中發(fā)生進(jìn)程的影響。

例如，如果一個(gè)虛擬機(jī)(VM)發(fā)生故障，則其他虛擬機(jī)(VM)可以保持正常運(yùn)行。

虛擬機(jī)(VM)等效于在另一個(gè)系統(tǒng)之上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

虛擬機(jī)(VM)通過(guò)名為管理程序的軟件程序創(chuàng)建和運(yùn)行。

虛擬機(jī)監(jiān)控程序分為兩類：第一類是“裸機(jī)”虛擬機(jī)管理程序，其行為類似于操作系統(tǒng)(OS)，并直接在系統(tǒng)的硬件上操作客戶機(jī)虛擬機(jī)。

第二類是“托管”虛擬機(jī)管理程序，其行為更像傳統(tǒng)的軟件應(yīng)用程序。

什么是半虛擬化?

通過(guò)允許操作系統(tǒng)識(shí)別虛擬機(jī)管理程序的存在，并直接與虛擬機(jī)管理程序通信，半虛擬化提供了比軟件輔助的完全虛擬化更好的性能。

半虛擬化還可以確保在將客戶機(jī)操作系統(tǒng)(OS)安裝到虛擬機(jī)中之前對(duì)其進(jìn)行重新編譯。

但是一般來(lái)說(shuō)，半虛擬化要求修改客戶機(jī)操作系統(tǒng)(OS)，以實(shí)現(xiàn)API，用于將虛擬機(jī)管理程序發(fā)送的命令交換到服務(wù)器。

Xen/Xenserver可能是最知名的半虛擬化管理程序軟件之一。

在3.0版本中，Xen還開(kāi)始在啟用的Intel和AMD處理器上支持硬件輔助的完全虛擬化，以實(shí)現(xiàn)與不可修改的操作系統(tǒng)(OS)(例如Windows)的可操作性。

Xen在4.7版中引入了實(shí)時(shí)補(bǔ)丁。

而在4.10版本中，Xen增加了對(duì)半虛擬化硬件(PVH)的初始支持，并在年中發(fā)布的4.11更新中增加了對(duì)半虛擬化硬件(PVH)的支持。

半虛擬化硬件(PVH)致力于將最佳的半虛擬化技術(shù)與硬件虛擬機(jī)(HVM)方法相結(jié)合。

在半虛擬化硬件系統(tǒng)的某些元素(包括網(wǎng)絡(luò)和磁盤接口)的情況下，原生/硬件虛擬機(jī)(HVM)虛擬化遵循不同的過(guò)程，并為虛擬化訪問(wèn)系統(tǒng)硬件接口提供有限形式的硬件仿真。

硬件虛擬機(jī)(HVM)接口現(xiàn)在可用于大多數(shù)系統(tǒng)硬件。

廣泛的支持：IBM LPAR、用于SPARC的Oracle VM(LDOM)和用于X86的Oracle VM(ODM)支持半虛擬化。

半虛擬化接口與完全虛擬化不同，半虛擬化不需要模擬虛擬機(jī)的硬件。

與其相反，它提供了到虛擬機(jī)的接口，該接口有點(diǎn)類似于基礎(chǔ)硬件。

其中包括Linux和Windows在內(nèi)的大多數(shù)現(xiàn)代操作系統(tǒng)(OS)都支持一個(gè)或多個(gè)半虛擬化接口。

VirtualBox半虛擬化接口VirtualBox可以公開(kāi)半虛擬化接口，以在虛擬機(jī)中更準(zhǔn)確、更高效地執(zhí)行軟件。

并提供了三個(gè)半虛擬化接口：Minimal(對(duì)于運(yùn)行Apple Mac OS X客戶機(jī)是必需的)、KVM(建議用于Linux客戶機(jī))、Hyper-V(建議用于Windows客戶機(jī))。

什么是完全虛擬化?完全虛擬化允許未經(jīng)修改的客戶機(jī)操作系統(tǒng)在駐留在服務(wù)器上的虛擬機(jī)內(nèi)獨(dú)立運(yùn)行。

客戶機(jī)操作系統(tǒng)不知道已被虛擬化。

完全虛擬化有兩種類型：軟件輔助虛擬化和硬件輔助虛擬化。

(1)軟件輔助虛擬化

軟件輔助的完全虛擬化通常涉及耗時(shí)的過(guò)程，例如二進(jìn)制翻譯。

實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制翻譯虛擬化的一個(gè)經(jīng)典方法是采用陷阱和仿真方法。

在這種方法中，系統(tǒng)管理程序?qū)PU進(jìn)行配置，以使所有潛在的不安全指令都將產(chǎn)生陷阱或特殊情況，從而將控制權(quán)轉(zhuǎn)移回系統(tǒng)管理程序。

系統(tǒng)管理程序收到陷阱后，它將檢查指令，并以安全的方式對(duì)其進(jìn)行仿真，然后繼續(xù)執(zhí)行指令。

二進(jìn)制翻譯虛擬化可以與直接執(zhí)行結(jié)合使用，其中大多數(shù)代碼直接在CPU上執(zhí)行，只有需要翻譯的代碼才被真正被翻譯。

二進(jìn)制翻譯虛擬化的替代方法包括二進(jìn)制補(bǔ)丁和完整的系統(tǒng)仿真。

在軟件輔助的完全虛擬化中使用的管理程序軟件包括VMware工作站(32位客戶機(jī))，VMWare Server、Virtual PC和Oracle VM VirtualBox(32位客戶機(jī))。

但是，“托管”虛擬機(jī)管理程序VirtualBox采用了自己的虛擬化方法。

通過(guò)支持Ring-0的內(nèi)核驅(qū)動(dòng)程序啟動(dòng)虛擬機(jī)時(shí)，VirtualBox會(huì)將主機(jī)系統(tǒng)設(shè)置為本地運(yùn)行大多數(shù)客戶機(jī)代碼。

但是VirtualBox也可以在需要時(shí)(例如在執(zhí)行特權(quán)指令時(shí))承擔(dān)控制權(quán)。

發(fā)生陷阱時(shí)，VirtualBox通過(guò)將請(qǐng)求路由到虛擬設(shè)備或?qū)⑻幚砦薪o客戶機(jī)操作系統(tǒng)(OS)或主機(jī)操作系統(tǒng)(OS)來(lái)管理情況。

VirtualBox還提供半虛擬化接口。

(2)硬件輔助虛擬化

硬件輔助的完全虛擬化消除了對(duì)二進(jìn)制翻譯虛擬化或其替代方法的需要。

硬件輔助虛擬化是依靠硬件擴(kuò)展，以幫助虛擬機(jī)管理程序在處理器級(jí)別管理復(fù)雜任務(wù)。

這包括X86虛擬化技術(shù)，例如英特爾虛擬化技術(shù)和AMD虛擬化處理器命令集擴(kuò)展。

支持硬件輔助虛擬化的裸機(jī)虛擬機(jī)管理程序軟件包括VMware ESXi/ESX、Hyper-V、KVM(Linux內(nèi)核的一部分，可以直接運(yùn)行虛擬機(jī))和Xen/Xenserver。

支持硬件輔助的完全虛擬化的托管虛擬機(jī)管理程序軟件包括VMware Workstation(僅64位的客戶機(jī))，VirtualBox(僅64位的客戶機(jī)))和VMware Server(已停用)。

VMWorkstation/Server支持Linux和Windows。

什么是部分虛擬化?在部分虛擬化中，某些應(yīng)用程序(而不是整個(gè)操作系統(tǒng))在虛擬機(jī)中運(yùn)行。

部分虛擬化只能涉及少數(shù)應(yīng)用程序。

顧名思義，部分虛擬化模擬系統(tǒng)的物理硬件，并且只是部分模擬。

優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：半虛擬化vs.完全虛擬化vs.部分虛擬化•半虛擬化旨在增強(qiáng)系統(tǒng)性能并最大程度地減少開(kāi)銷，從而防止虛擬機(jī)的使用不足。

它非常有效地?cái)U(kuò)展。

半虛擬化還通過(guò)減少完成操作所需的時(shí)間來(lái)簡(jiǎn)化單個(gè)集合或硬件上不同操作系統(tǒng)的操作。

但是，不利的一面是，像Windows這樣的未經(jīng)修改的操作系統(tǒng)將無(wú)法在Xen等超虛擬化的虛擬機(jī)管理程序上運(yùn)行，除非可能帶有該操作系統(tǒng)的超虛擬化驅(qū)動(dòng)程序。

此外，根據(jù)工作負(fù)載的類型，半虛擬化相對(duì)于完全虛擬化的性能優(yōu)勢(shì)可能會(huì)有很大差異。

全面虛擬化，硬件輔助技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)改變了游戲規(guī)則。

硬件輔助虛擬化通過(guò)卸載許多耗時(shí)的任務(wù)而從軟件輔助的完整虛擬化向前邁出了一大步，否則這些任務(wù)將由虛擬機(jī)管理程序或虛擬機(jī)管理器(VMM)執(zhí)行。

但是，作為一個(gè)次要限制，硬件輔助的完全虛擬化不支持處理器不兼容的舊硬件。

部分虛擬化比完全虛擬化容易實(shí)施，并且可以很好地在多個(gè)用戶之間共享資源。

但是，由于難以預(yù)測(cè)特定應(yīng)用程序已經(jīng)使用了哪些功能，因此在需要向后兼容性或可遷移性的情況下，不能使用部分虛擬化。

半虛擬化的理想用途半虛擬化技術(shù)在高效的系統(tǒng)利用率和可擴(kuò)展性、節(jié)能和易于備份方面表現(xiàn)突出。

半虛擬化最普遍的用途之一是將環(huán)境從測(cè)試系統(tǒng)中分離出來(lái)。

然而，還有許多其他應(yīng)用程序也在繼續(xù)利用其功能，其中包括服務(wù)器整合、數(shù)據(jù)遷移、災(zāi)難恢復(fù)，以及容量管理。