第十一章 虚拟化和云计算

11.1 虚拟化

VMM类型

类型	位置	示例
Type1（裸金属型）	直接运行在硬件上	Xen, ESXi, KVM
Type2（寄居型）	运行在宿主OS之上	VMware Workstation, VirtualBox

虚拟化前提

• 敏感指令 ⊆ 特权指令（Popek-Goldberg准则）
• 80x86不满足此条件 → Intel VT / AMD-V硬件辅助

虚拟化实现方式

方式	是否需修改Guest OS	技术
全虚拟化	否	二进制翻译
半虚拟化	是（使用hypercalls）	Xen的para-virtualization
硬件辅助虚拟化	否	VT-x,根模式/非根模式

CPU虚拟化

• vCPU：虚拟CPU
• 指令执行：解释/扫描修补/二进制翻译/硬件辅助
• 上下文切换：VMCS（虚拟机控制结构）

内存虚拟化

• 两级映射：GVA→GPA→HPA
• 实现：影子页表（软件维护,开销大）或 EPT/NPT（硬件辅助二维页表,效率高）

I/O虚拟化

• 全设备模拟 / 半虚拟化（前后端驱动）/ 直接I/O（VT-d）

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11.2 云计算

NIST定义的5个特征

• 按需自助服务
• 广泛的网络接入
• 资源池化
• 快速弹性伸缩
• 可计量服务

服务模型

• SaaS（软件即服务）：如Gmail
• PaaS（平台即服务）：如Google App Engine
• IaaS（基础设施即服务）：如AWS EC2

VM迁移

• 静态迁移：关机→复制→启动
• 动态（在线）迁移4阶段：①开始 ②迭代传输（脏页） ③挂起+复制剩余脏页 ④提交+激活

🎯 本章真题锚点与最短模板

• 高频题号（2009-2025）：2025Q24（虚拟化），其余年份多与系统结构综合考查
• 优质例题：判断Type1/Type2 VMM部署位置，并比较全虚拟化与半虚拟化是否需要修改Guest OS。
• 最短解题模板：
  1. 先看VMM位置：在硬件上=Type1；在宿主OS上=Type2。
  2. 再看Guest改动：要改Guest多为半虚拟化。
  3. 最后补一句：硬件辅助虚拟化依赖VT-x/AMD-V。

⚡ 秒杀版口令卡（10秒回忆）

• 口令：Type1贴硬件，Type2压宿主。
• 口令：改Guest多半虚拟，不改多全虚拟。
• 口令：硬件辅助记VT-x/AMD-V。

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