系统虚拟化与云计算3_内存虚拟化
虚拟化和云计算的区别
虚拟化和云计算的区别 虚拟化和云计算的区别 作者：尹正杰版权声明：原创作品，谢绝转载！否则将追究法律责任。
⼀.云计算(CLOUD COMPUTING)概述 云计算是⼀种能够跨⽹络、按需提供基础架构、服务、平台和应⽤的交付⽅式，正在快速取代原本通过硬布线连接进⾏资源共享的⽅式。
云计算是指在云中运⾏⼯作负载，⽽云是⼀种能够抽象、汇集和共享整个⽹络中的可扩展资源的IT环境。
云计算和云本⾝都不属于技术的范畴。
(1)云计算是指在云中运⾏⼯作负载的功能; (2)⽽云是⼀种环境，是运⾏应⽤的地⽅; (3)技术则是指⽤于构建和使⽤云的软件和硬件; 云计算主要分为4种类型：私有云、公共云、混合云和多云。
同时，云计算服务主要有3种：基础架构即服务(IaaS)、平台即服务(PaaS)和软件即服务(SaaS)。
云服务是指由第三⽅提供商托管的基础架构、平台或软件，可通过互联⽹提供给⽤户。
怎么选择云类型或云服务，取决于您的实际需求。
世界上没有⼀模⼀样的两个云（即使它们的类型相同），也没有两个云服务解决的是同⼀个问题。
但是，通过了解它们的相似之处，您可以更加清楚每种云计算类型和云服务可能会如何影响到您 推荐阅读: https:///zh/topics/cloud https:///zh/topics/cloud-computing/what-are-cloud-services https:///zh/topics/cloud-computing/public-cloud-vs-private-cloud-and-hybrid-cloud https:///zh/topics/cloud-computing/what-is-iaas https:///zh/topics/cloud-computing/what-is-paas https:///zh/topics/cloud-computing/what-is-saas https:///zh/topics/cloud-native-apps/what-is-faas https:///zh/topics/cloud-computing/what-is-caas https:///zh/topics/cloud-native-apps/what-is-serverless1>.云计算类型 公共云: ⼀种利⽤⾮最终⽤户所有的资源创建的云环境，可重新分发给其他租户。
计算机操作系统中的内存管理和虚拟化技术
计算机操作系统中的内存管理和虚拟化技术计算机操作系统是现代计算机体系结构中不可分割的组成部分。
内存管理和虚拟化技术是计算机操作系统的重要功能之一，它们在保证计算机系统性能和安全性方面发挥着重要作用。
一、内存管理技术内存管理技术是操作系统中实现内存资源的高效利用和保护的重要手段。
计算机系统中的内存被划分为多个逻辑单元，各个逻辑单元之间进行切换和管理，以实现多个进程或任务的并发执行。
1. 内存的划分内存划分是内存管理的第一步。
一般情况下，计算机系统将内存划分为操作系统区域和用户区域。
操作系统区域用于存放操作系统内核和相关数据结构，而用户区域用于存放用户程序和数据。
2. 内存映射内存映射是将逻辑地址转换为物理地址的过程。
操作系统通过地址映射表或页表，将逻辑地址映射到实际的物理地址，以实现程序的正确执行和内存的动态管理。
3. 内存分配与回收内存分配与回收是内存管理的核心功能。
操作系统通过内存分配算法，为进程分配内存空间。
而当进程终止或释放内存时，操作系统需要回收这些空间以供其他进程使用。
4. 内存保护内存保护是防止进程之间互相干扰的重要手段。
通过设定访问权限和限制资源的使用，操作系统可以确保每个进程仅能访问自己被分配到的内存空间，从而保护进程的安全性和稳定性。
二、虚拟化技术虚拟化技术是一种将物理资源抽象为逻辑资源，并为不同的用户或应用程序提供独立的逻辑环境的技术。
在计算机操作系统中，虚拟化技术主要包括虚拟内存和虚拟机技术。
1. 虚拟内存虚拟内存是一种将主存和辅助存储器组合使用的技术。
它通过将物理内存的一部分作为虚拟内存空间，将进程的一部分内容从内存转移到硬盘上，以提高内存的利用率和系统的吞吐量。
2. 虚拟机虚拟机技术是将一个物理计算机虚拟为多个逻辑计算机的技术。
通过虚拟化软件的支持，可以在一台物理机上同时运行多个操作系统和应用程序，实现资源的共享和隔离，提高计算机系统的利用率和灵活性。
虚拟化技术在云计算和服务器虚拟化中得到了广泛应用，它极大地提升了计算机系统的效率和灵活性，降低了资源的成本和能源消耗。
虚拟化技术基础原理
第3页
虚拟化之后实现了:上层操作系统与下次硬件的解耦，就是说 操作系统不再依赖物理的硬件，而是在VMM层上建立OS，由 VMM层来实现OS对硬件的需求。
3
QBG
描述：网卡实现完整的虚拟交换功能； 2 优点：性能高、节省服务器CPU资源；
缺点：依赖特殊网卡硬件；
描述：物理交换机实现虚拟交换功能； 3 优点：可继承交换机的二层特性；
缺点：规格小、扩展困难、Hypervisor均不支持。
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网络设备的大二层技术
SPB/AQ
租户A
CVLAN=1 映射到I-SID=100
VMM截获客户操作系统对设备的访问请求，然后通过软件的 方式来模拟真实设备的效果
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I/O虚拟化-前后端驱动模型
前端设备驱动将数据通过VMM提供的接口转发到后端驱动 后端驱动对VM的数据进行分时分通道进行处理
Domain 0 用户态 控制面板
内核
设备驱动 后端驱动
Domain U
用户态
内核
虚拟化
虚拟化层
资源池化
虚拟化层
虚拟化层
IT资源独立 操作系统与硬件紧耦合
资源抽象成共享资源池 操作系统与硬件解耦，从
资源池中分配资源
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虚拟化的好处
提高硬件利用率 降低能耗，绿色节能 提高IT运维效率，系统管理人员减少 操作系统和硬件的解耦
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虚拟化的本质
分区
隔离
虚拟化技术及其应用
虚拟化技术及其应用虚拟化技术（Virtualization Technology）是一种通过软件手段将一台物理计算机划分成多个虚拟计算环境的技术。
它提供了一种有效的方法，可以在一台服务器上同时运行多个虚拟操作系统，极大地提高了计算资源的利用效率。
虚拟化技术在云计算、数据中心、企业IT架构等领域得到广泛应用，并产生了深远的影响。
一、背景介绍随着信息技术的快速发展和应用需求的不断增加，传统的物理计算机资源利用率低下、资源浪费严重等问题日益凸显。
虚拟化技术的出现解决了这些问题，它通过将物理计算资源抽象为虚拟资源，实现了资源的灵活调度和共享利用。
二、虚拟化技术的分类1.服务器虚拟化服务器虚拟化是最常见和最早应用的虚拟化技术，它通过将一台物理服务器划分成多个虚拟机，从而实现资源的共享和隔离。
服务器虚拟化可以显著提高服务器的利用率，降低硬件成本和维护成本。
2.网络虚拟化网络虚拟化将网络资源进行抽象，使得多个虚拟网络可以在同一个物理网络上运行，实现了网络资源的灵活配置和管理。
网络虚拟化可以提高网络的可用性和性能，简化网络的管理和部署。
3.存储虚拟化存储虚拟化将存储资源进行抽象，使得多个虚拟存储池可以在同一个存储设备上运行。
存储虚拟化可以减少存储资源的浪费，提高存储的利用率和灵活性。
4.桌面虚拟化桌面虚拟化是将多个用户桌面环境运行在同一台物理计算机上的技术。
它可以将用户的桌面环境与应用程序隔离开来，提高数据安全性和管理效率。
三、虚拟化技术的应用1.云计算虚拟化技术是实现云计算的重要基础，它可以将物理计算资源虚拟化为云服务，提供灵活的计算能力、存储空间和网络资源。
云计算通过虚拟化技术可以实现资源的弹性扩展和按需分配，满足不同用户的需求。
2.数据中心虚拟化技术在数据中心中的应用非常广泛，它可以将多台服务器虚拟化为一个统一的资源池，实现资源的自动调度和管理。
同时，虚拟化技术可以提供高可用性和灾备能力，确保数据中心的稳定运行。
云计算和虚拟化
1.1云计算1.1.1概念目前广为接受的是美国国家标准与技术研究院（NIST）定义: 云计算是一种按使用量付费的模式, 这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问, 进入可配置的计算资源共享池（资源包括网络, 服务器, 存储, 应用软件, 服务）, 这些资源能够被快速提供, 只需投入很少的管理工作, 或与服务供应商进行很少的交互。
云计算的基本原理是, 通过使计算分布在大量的分布式计算机上, 而非本地计算机或远程服务器中, 企业数据中心的运行与互联网相似。
这使得企业能够将资源切换到需要的应用上, 根据需求访问计算机和存储系统。
图 1 所示为云服务的三个特征:1.按使用付费—您使用服务并按分或小时为服务付费。
无需为可能需要或实际并未使用的资源提前付费。
2.弹性—可以根据需要增加或减少对资源的消费。
3.受管的基础设施—服务的基础设施由提供者拥有并完全受管于提供者。
图 1.云服务的特征1.1.2 类型图2所示为云服务的三个类型。
图 2.云服务的类型（1）Software as a Service (SaaS)软件即服务。
这是最为常见的一种云服务类型, 大多数人都或多或少使用过。
在SaaS 云模型中, 服务提供者提供所有的基础设施以及软件产品。
用户通过一个基于Web 的前端与此服务交互。
这些服务涵盖的范围很广, 例如Gmail就是一种SaaS, Google是提供商, 大众则是消费者。
我们对Gmail享有的管理权和用户级控制权非常有限, 不过消费者可以通过设置来采取一系列有限的操作, 比如启用优先收件箱、签名和撤销发送邮件等。
Basecamp是一款非常流行的基于云服务的项目管理软件。
以简单易用和颠覆性的创新而出名。
Basecamp提供了消息板, 待办事宜, 简单调度, 协同写作, 文件共享。
Google Docs包括在线文档、电子表格和演示文稿三类。
用户可以轻易地执行所有的基本操作, 包括编制项目列表、按列排序、添加表格/图像/注释/公式、更改字体, 还有更多操作。
云计算安全与虚拟化技术
云计算安全与虚拟化技术云计算是一种基于互联网的计算模式，通过共享的资源和服务，提供灵活、可扩展的计算能力。
随着云计算的普及和应用范围的扩大，云计算安全和虚拟化技术成为了重要的关注领域。
云计算安全云计算的安全性关乎到用户和企业的信任和信息安全。
以下是几个重要的云计算安全考虑因素：1. 虚拟化安全：云计算平台通常使用虚拟化技术来提供计算资源。
虚拟化安全性是保证虚拟机之间隔离和脆弱性防护的关键。
合理的虚拟化安全策略包括隔离虚拟机、限制虚拟机访问权限、及时更新补丁等。
2. 数据隐私与加密：在云计算模式下，用户的数据存储在云提供商的服务器上。
确保数据的隐私和安全是至关重要的。
采用数据加密技术可以保护数据的机密性，同时合理的访问控制策略可以限制数据的访问权限。
3. 身份认证与访问控制：在云计算环境中，合理的身份认证与访问控制机制可以有效防止未授权的访问。
采用多因素身份认证、访问控制列表、审计日志等技术可以增强系统的安全性。
4. 安全监测与应急响应：建立有效的安全监测与应急响应体系是预防和应对安全威胁的关键。
实时监测和分析云环境中的安全事件，并及时做出响应和修复措施，可以最大限度地减少安全风险。
虚拟化技术虚拟化技术是实现云计算的核心基础，它可以将物理资源虚拟化为逻辑资源，并按需分配给用户。
以下是几种常见的虚拟化技术：1. 服务器虚拟化：通过在物理服务器上运行多个虚拟机实例，实现服务器资源的共享和最大化利用。
2. 网络虚拟化：通过将网络设备（如交换机、路由器）功能虚拟化，实现网络资源的集中管理和灵活配置。
3. 存储虚拟化：通过将存储设备抽象为逻辑卷，并对其进行统一管理和分配，提高存储资源的利用率。
4. 桌面虚拟化：将桌面环境虚拟化为虚拟机实例，在不同设备上提供统一的桌面服务和用户体验。
虚拟化技术的应用可以提高资源利用率，降低成本，同时提供高可用性和灵活性。
然而，虚拟化技术也带来了一些安全风险，需要合理的安全措施来保护虚拟化环境的安全。
云计算虚拟化技术基础与实践：虚拟化实现技术
虚拟化实现技术
目录
CONTENT
01.系统虚拟化架构 02.处理器虚拟化实现技术 03.内存虚拟化实现技术 04.I/O虚拟化实现技术
本章重点
1. 了解系统虚拟化架构。 2. 掌握Intel处理器虚拟化实现技术VT-x。 3. 了解AMD处理器虚拟化实现技术AMD SVM。 4. 熟悉Intel和AMD的两种内存虚拟化实现技术。 5. 熟悉Intel VT-d、IOMMU和SR-IOV的I/O虚拟化
实现技术。 6. 掌握Virtio的I/O虚拟化实现技术。
0 1 系统虚拟化架构
系统虚拟化架构
Intel VT是Intel在CPU层面提供的硬件虚拟化技术的 总称，主要提供下列技术： ➢ 在处理器虚拟化方面，提供了VT-x技术； ➢ 在 内 存 虚 拟 化 方 面 ， 提 供 了 EPT （ Extended
➢ ADDR：下一级页表的物理地址。如果已经是最后一级 页表，那么就是GPA对应的物理地址。
➢ SP：超级页(Super Page)所指向的页是大小超过4KB的 超级页，CPU在遇到SP=l时，就会停止继续往下查询。 对于最后一级页表，这一位可以供软件使用。
➢ X：可执行，X=1表示该页是可执行的。
2. IOMMU
➢ 输 入 / 输 出 内 存 管 理 单 元 IOMMU （ Input/Output Memory Management Unit）是一个内存管理单元， 管理对系统内存的设备访问。
➢ 它位于外围设备和主机之间，可以把DMA I/O总线 连接到主内存上，将来自设备请求的地址转换为系统 内存地址，并检查每个接入的适当权限。
3. vCPU的退出：对vCPU退出的处理是VMM进行CPU虚 拟化的核心，例如模拟各种特权指令。
云计算与虚拟化的关系
云计算与虚拟化的关系云计算与虚拟化是两个不同却又密切相关的概念。
云计算是一种基于网络的计算模式，它允许用户通过互联网按需获取和使用计算资源，比如存储、网络、软件和服务等，并且能够灵活地扩展和缩减这些资源。
虚拟化则是一种利用软件技术将物理资源（比如服务器、存储和网络设备）虚拟化为多个逻辑资源的技术，使得能够更好地利用硬件资源，提高资源利用率和降低成本。
在云计算中，虚拟化技术起到了至关重要的作用，它为云计算提供了强大的基础支持。
云计算和虚拟化的关系在于虚拟化为云计算提供了资源的池化和自动化管理。
通过虚拟化技术，硬件资源可以被虚拟化为多个逻辑资源，用户可以在云端轻松地按需获取这些虚拟资源，实现了资源的池化和共享。
虚拟化还可以通过自动化管理工具，实现自动化监控和管理资源的分配和回收，提高了资源利用率和灵活性。
这为云计算提供了一个高效的资源管理和分配平台，满足用户动态的业务需求。
云计算和虚拟化的关系在于虚拟化为云计算提供了高可用性和容错性。
通过虚拟化技术，用户可以将应用程序和数据虚拟化部署在多个物理资源上，实现了高可用性和容错性。
在云计算中，用户可以通过虚拟化技术实现应用程序和数据的容错和故障转移，提高了系统的稳定性和可靠性。
虚拟化还可以通过快速备份和恢复等技术，加强了系统的灾难恢复能力，为云计算提供了更加健壮的基础设施。
云计算和虚拟化是两个相辅相成的概念，虚拟化为云计算提供了强大的基础技术和支持，为云计算的发展和应用提供了重要的保障。
与此云计算也通过对虚拟化的需求和驱动，不断推动虚拟化技术的创新和发展。
在未来，随着云计算和虚拟化的不断融合和发展，两者之间的关系将更加紧密，为信息技术的快速发展和社会经济的进步带来更多的机遇和挑战。
几种云计算虚拟化的类型
几种云计算虚拟化的类型云计算虚拟化是指将物理服务器资源划分为多个虚拟服务器，使其能够同时运行多个操作系统和应用程序。
不同的虚拟化类型适用于不同的场景和需求。
下面将介绍几种常见的云计算虚拟化类型。
1.完全虚拟化完全虚拟化是指将一台物理服务器划分为多个虚拟机，每个虚拟机都能运行完整的操作系统和应用程序。
在完全虚拟化中，虚拟机与物理服务器之间存在一个虚拟化层，负责协调和分配物理资源。
这种虚拟化类型可以在不修改操作系统或应用程序的情况下运行多个虚拟机，非常适合需要隔离性和完全自主控制的场景。
2.半虚拟化半虚拟化是指在虚拟机和物理服务器之间进行协作，通过修改和重新编译虚拟机的操作系统和应用程序使其运行在虚拟化环境中。
与完全虚拟化相比，半虚拟化在性能方面具有一定的优势，因为虚拟机与物理服务器之间可以直接通信，不需要经过虚拟化层的转发。
3.进程级虚拟化进程级虚拟化是指将一台物理服务器的资源划分为多个虚拟进程。
每个虚拟进程都运行在独立的沙盒环境中，相互之间隔离，并且只能访问自己所拥有的资源。
这种虚拟化类型能够在同一台物理服务器上运行多个进程，提高资源利用率，但由于虚拟进程之间无法运行不同的操作系统和应用程序，因此适用范围相对较窄。
4.容器虚拟化容器虚拟化是指将操作系统层面的虚拟化技术应用到云计算中。
在容器虚拟化中，一个物理服务器可以同时运行多个容器，每个容器都是一个相互隔离的用户空间。
与传统的虚拟机相比，容器虚拟化更加轻量级，启动时间更短，占用资源更少。
容器虚拟化常用于快速部署和扩展应用程序的场景。
5.硬件辅助虚拟化硬件辅助虚拟化是指通过利用处理器和内存等硬件的虚拟化扩展功能来提升虚拟机的性能和安全性。
硬件辅助虚拟化可以通过虚拟机控制结构、虚拟机内存管理和虚拟设备等功能实现对虚拟机的加速和隔离。
一些常见的硬件辅助虚拟化技术包括Intel的VT-x和AMD的AMD-V。
总结起来，云计算虚拟化有完全虚拟化、半虚拟化、进程级虚拟化、容器虚拟化和硬件辅助虚拟化等几种类型。
云计算中的虚拟化技术
云计算中的虚拟化技术在当今数字化时代，云计算已成为企业信息技术领域中的一项重要技术。
云计算通过网络为用户提供各种计算资源、存储资源和应用服务，极大地改变了传统 IT 架构和服务交付模式。
虚拟化技术是云计算的核心之一，它通过将物理资源虚拟化为逻辑实体，实现资源的高效利用和灵活性的提升。
本文将探讨云计算中的虚拟化技术及其影响。
一、虚拟化技术概述虚拟化技术是将物理资源（如服务器、存储和网络设备）抽象为虚拟资源，用户可以通过虚拟资源管理器实现对资源的完全控制。
虚拟化技术主要包括服务器虚拟化、存储虚拟化和网络虚拟化三个方面。
1. 服务器虚拟化服务器虚拟化是云计算中最常用的虚拟化技术之一。
它将一台物理服务器划分为多个虚拟服务器，每个虚拟服务器可以独立运行操作系统和应用程序。
通过服务器虚拟化，企业可以实现服务器资源的共享和动态分配，提高服务器利用率。
2. 存储虚拟化存储虚拟化技术将多个存储设备抽象为一个共享的存储池，用户可以根据需求快速分配和调整存储空间。
存储虚拟化还可以提供数据备份、快照、镜像和数据迁移等功能，提高数据的可靠性和可用性。
3. 网络虚拟化网络虚拟化技术将物理网络设备抽象为多个逻辑网络，每个逻辑网络可以实现独立的网络拓扑和策略。
通过网络虚拟化，企业可以灵活配置网络拓扑，提高网络性能和可扩展性。
二、虚拟化技术的优势虚拟化技术在云计算中具有许多优势，对企业的信息技术架构和业务运营带来深远的影响。
1. 资源利用率提升虚拟化技术可以将物理资源划分为多个虚拟资源，并利用资源调度算法根据需求合理分配资源。
这样可以提高资源利用率，减少硬件投资和能源消耗。
2. 高可用性和容错性虚拟化技术可以实现服务器的冗余和快速故障恢复。
当一个物理服务器故障时，虚拟机会自动迁移到其他正常运行的物理服务器上，保证业务的持续性和可靠性。
3. 灵活性和弹性扩展虚拟化技术可以根据业务需求实现动态资源分配和弹性扩展。
用户可以根据需要动态增加或减少虚拟机数量和配置，实现资源的快速部署和扩展。
虚拟化与云计算技术
虚拟化与云计算技术虚拟化和云计算技术是近年来快速发展的信息技术领域中的两个重要概念。
虚拟化技术通过将物理资源（如计算机、存储和网络）进行抽象，创造出虚拟的资源实例，使其可以被多个应用程序或系统同时使用。
云计算技术则是将计算资源以服务的方式提供给用户，用户无需关注底层的硬件和软件细节，只需要根据自己的需求按需使用相应的计算资源。
一、虚拟化技术的基本原理和应用虚拟化技术基于操作系统和硬件之间的抽象层，通过软件将物理资源虚拟化成多个逻辑实例。
最常见的虚拟化技术是以服务器为主体的服务器虚拟化，即将一台实体服务器虚拟化成多台逻辑服务器。
这种方式可以极大地提高服务器的利用率，节约硬件成本。
虚拟化技术还广泛应用于存储和网络领域，例如虚拟化存储可以将多个独立的物理存储设备集成成一个逻辑存储池，并通过虚拟机等方式为应用程序提供存储资源。
虚拟化网络技术可以实现对网络的资源池化，提供灵活的网络配置和管理。
虚拟化技术的应用场景非常广泛，包括数据中心的服务器虚拟化、桌面虚拟化、网络虚拟化等。
在数据中心中，通过服务器虚拟化技术可以提高服务器利用率，减少能耗和硬件成本。
桌面虚拟化技术可以将用户的桌面环境虚拟化在数据中心，用户可以通过终端设备远程访问自己的桌面。
网络虚拟化技术可以实现灵活的网络配置和管理，提供更好的网络服务质量和安全性。
二、云计算技术的基本原理和应用云计算技术是基于虚拟化技术的基础上发展起来的一种计算模式。
云计算通过将计算资源、存储资源和网络资源进行统一管理和调度，以服务的方式向用户提供计算能力。
云计算按照服务类型可以分为基础设施即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）三种类型。
基础设施即服务提供了虚拟化的计算资源，用户可以根据自己的需求动态分配和管理虚拟机、存储和网络等资源。
平台即服务为用户提供了完整的开发和运行环境，用户可以在上面开发、测试和部署应用程序。
软件即服务则是将应用软件作为服务提供给用户，用户无需关心软件的安装和维护，只需要通过网络访问相应的应用程序。
虚拟化和云计算入门教程
云计算的提供模式
SAAS（软件即服务）－应用、过程、信息省去服务器和软件授权上的开支；不需要管理任何架构、软件。直接访问并使用云平台提供商提供的服务（如CRM,Mail, live office，etc.)PaaS（平台即服务）可描述为一个完整的虚拟平台，它包括一个或多个服务器（在一组物理服务器上虚拟而成）、操作系统以及特定的应用程序（例如用于基于 Web 的应用程序的 Apache 和 MySQL）最常用的是提供一个开发平台用户可以开发、部置自己的应用不需要管理系统架构IaaS（架构即服务）以服务的形式交付计算机基础设施。提供一个完整的计算机环境（虚拟的服务器、存储、网络）用户可以部署和运行任意的软件和应用具有完全控制自己资源的能力
云计算提供的服务类型
Dropbox AmazБайду номын сангаасn Web Services Mozy Oracle IaaS
Windows Azure Google App Engine Aptana Cloudoracle DaaS/MaaS
Zoho Basecamp oracle.cloud Google Apps
主题议程
虚拟化什么是虚拟化为什么要虚拟化服务器虚拟化主流虚拟化厂商云计算什么是云计算为什么要云计算云计算架构与提供服务云计算的示例
虚拟化技术
什么是虚拟化
简单来讲，就是在一个物理硬件机器上同时运行多个不同应用的独立的操作系统。独立运行操作系统资源来自于同一底层平台资源这些同时运行的虚拟系统由底层的监督器来控制，这个监督器被称做“hypervisor”或“VMM-virtual machine monitor，虚拟机被称为“guest”hypervisro的功能提供虚拟系统资源提供主机/虚拟机调度提供虚拟机通讯
云计算的虚拟化技术
云计算的虚拟化技术云计算作为一种新兴的信息技术，对于资源的高效利用和灵活配置提供了强有力的支持。
在云计算中，虚拟化技术是实现云基础设施的关键技术之一。
本文将探讨云计算中的虚拟化技术及其应用。
一、虚拟化技术的概念及分类虚拟化技术是指利用软件或硬件手段将物理资源转化为虚拟资源，使多个虚拟环境能够共享和利用这些资源。
虚拟化技术可以分为以下几类：1.服务器虚拟化：通过将一台物理服务器分割成多个虚拟服务器，实现资源的共享和提高服务器的利用率。
常见的服务器虚拟化软件有VMware、Hyper-V等。
2.存储虚拟化：将多个物理存储设备虚拟化为一个逻辑存储池，提供统一的存储管理和分配控制。
存储虚拟化可以大大简化存储管理的复杂性。
3.网络虚拟化：将物理网络划分成多个逻辑网络，提供更灵活的网络配置和多租户隔离功能。
网络虚拟化可以为云计算提供高效的网络资源管理。
二、云计算中的虚拟化技术应用云计算基于虚拟化技术构建起来的，虚拟化技术在云计算中的应用主要体现在以下几个方面：1.资源池化：云计算平台通过服务器虚拟化技术将物理服务器池化为虚拟服务器，实现资源的集中管理和动态分配。
这样可以提高资源的利用率，同时也能够根据实际需求实时调整资源配置，提高系统的灵活性和可扩展性。
2.弹性伸缩：云计算平台利用虚拟化技术可以根据需求进行资源的伸缩，以实现按需分配和按需付费。
当用户业务需求增加时，可以快速增加虚拟机实例以满足需求；当需求下降时，可以释放多余资源以降低成本。
3.容灾备份：云计算平台通过虚拟化技术可以将虚拟机的状态保存为镜像，实现快速部署和迁移。
在系统故障或灾难发生时，可以迅速恢复系统运行，保证业务的连续性。
4.安全隔离：云计算平台基于虚拟化技术可以在一个物理主机上运行多个虚拟机，每个虚拟机之间相互隔离，实现资源和数据的安全隔离。
这样可以保证用户的数据不会被其他用户访问和窃取，提高系统的安全性。
三、云计算虚拟化技术面临的挑战和发展趋势虚拟化技术在云计算中的广泛应用为云计算的发展提供了有力的支持，但同时也面临一些挑战和问题：1.性能开销：虚拟化技术会带来一定的性能开销，如CPU、内存和磁盘的虚拟化会增加系统的运行负载。
云计算与虚拟化的关系
云计算与虚拟化的关系随着云计算的快速发展，越来越多的人开始了解和使用虚拟化技术。
在实际应用中，云计算和虚拟化技术密不可分，它们之间有着千丝万缕的联系和相互依存的关系。
本文将从云计算与虚拟化技术的定义、发展历程、特点和应用等方面探讨云计算与虚拟化的关系。
云计算是基于互联网的分布式计算模式，通过对网络、存储、计算、软件等资源的集中管理和配置，提供各种服务的方式。
简单来说，云计算就是把计算机和网络资源按照一定的规则进行整合和利用，通过互联网将这些资源提供给用户使用。
虚拟化技术是一种利用软件或硬件创建虚拟计算机、虚拟存储设备或虚拟网络等技术。
简单来说，就是一种通过软件虚拟化技术，将一台物理计算机分割成多个虚拟计算机，使得每个虚拟计算机都拥有独立的操作系统和应用程序。
在云计算和虚拟化技术的发展过程中，虚拟化技术是推动云计算发展的重要因素之一。
虚拟化技术可以将物理设备转化为虚拟设备，充分利用计算机的资源，降低成本，增加效率。
因此，虚拟化技术成为了云计算实现的重要技术手段之一。
1、虚拟化技术是实现云计算的关键技术之一。
云计算中的资源都是通过虚拟化技术来实现的。
2、云计算涉及众多的应用系统，并需要这些应用系统具备跨平台、异构系统等特性，这使得虚拟化技术成为实现云计算的极为必要的技术支持。
3、云计算和虚拟化技术都是面向服务和成本效益的，二者的结合可以实现更高效的资源利用和更为灵活的应用部署。
4、虚拟化技术可以实现服务器资源的动态分配和调整，对于应对较大的客户访问量和突破性应用，可以灵活地分配计算资源。
5、云计算和虚拟化技术都非常重视安全性，二者的技术架构中都应该考虑保障对客户敏感信息的保护和数据的安全存储。
1、云主机/vps云主机或VPS是基于虚拟化技术实现的，在实际应用中，虚拟机被分割成很多的虚拟主机，每个虚拟主机可以使用独立的操作系统、资源等，从而实现了多个虚拟主机的并行运行。
云主机的好处就是可以随时随地进行扩展和减少，用户无需关心硬件设备的成本和维护，只需要选择适合自己的套餐即可。
计算机科学与技术专业方向的介绍
计算机科学与技术专业方向课程介绍方向1：高性能计算1、《数值计算方法》：课程介绍：数值计算方法重点讲述科学计算和工程出现的数学问题的数值解法。
课程主要内容包括非线性方程解法、线性方程组的数值解法、插值法和曲线拟合、数值微分与数值积分、常微分方程的数值解法等。
课程目的：通过本课程的学习，使学生了解和掌握这门课程所涉及的各种常用的数值计算公式、数值方法的构造原理及适用范围，掌握数值计算的基本概念和基本理论，深入理解方法的设计原理与处理问题的技巧，重视误差分析与收敛性、数值稳定性，注重利用计算机进行科学计算能力的培养；使学生在学完高等数学、线性代数之后可以继续提高运用数学知识，为今后用计算机去有效地解决数值计算问题打下基础。
2、《并行计算机体系结构》：课程介绍：并行计算机体系结构是当今计算机系统的研究热点。
本课程从硬件和软件的角度，着重讨论对称多处理机系统、大规模并行处理机系统、机群系统和分布共享存储系统的组成原理、结构特性、关键技术、性能分析、设计方法及相应的系统实例等。
课程目的：并行计算的性能与并行算法的并行性和计算机系统的并行处理能力有很大关系。
通过该课程的学习，使学生掌握如何开发计算机系统软、硬件的并行性, 以适应并行计算的性能需求和规模需求。
3、《高性能计算》：课程介绍：主要介绍高性能计算的历史沿革与发展，及其与科学计算和应用的相互关系、介绍高性能计算的基本支撑平台的常识与使用方法，包括linux操作系统，高性能数值软件库，工具链的基本使用、基于消息传递接口(MPI)的程序设计方法、计算加速器（GPU）的基本原理，程序设计和性能调优、典型并行算法和基本计算方法介绍。
使学生对高性能计算的内涵和设计的计算机软硬件环境建立基本的概念，初步掌握在科研过程中所需使用的高性能计算工具和编程技术，通过具体实例介绍高性能计算问题的基本算法基础。
课程目的：本课程针对计算机学科的学生进行高性能计算的专业素质培养，介绍运用高性能并行计算机、深入解决科学计算问题所必须掌握的高性能计算原理、并行程序设计和性能优化等方面的基本知识和技术手段。
云计算与虚拟化技术
云计算与虚拟化技术一、云计算简介云计算技术是指利用网络将存储和计算能力提供给不同的电脑和设备。
云计算技术是一款服务化的技术，因此为企业和个人提供许多关键的优点，如数据备份，远程支持，跨平台软件的维护更新等。
通过云计算，不需要在自己的机器上安装软件或存储大量的数据，因为这些都可以在云服务上完成。
二、虚拟化技术简介虚拟化是一种软件技术，其实质是将一台物理服务器分成多台虚拟服务器来运行不同的操作系统和软件应用程序。
可以说，虚拟化技术是在一个操作系统上运行多个虚拟机来充分利用计算资源。
对于企业或个人来说，这种技术可以提升机器的利用率和维护成本，降低资本支出，同时简化IT管理和研发流程。
三、云计算与虚拟化的关系云计算和虚拟化技术常常被混为一谈，因为在某些场景和应用中它们的边界并不明显，但它们是两个不同的概念。
虚拟化技术可以实现云计算的实现，而云计算是虚拟化技术的一种新形式。
具体来说，云计算技术是一种通过互联网将资源共享并提供给用户使用的计算模式。
而虚拟化技术是云计算中的一个核心缺陷，它用于将资源在多个虚拟机之间划分和分配。
虚拟化和云计算的合作可以使资源管理更灵活和高效，以及减少数量和成本。
四、云计算与虚拟化的应用云计算和虚拟化技术在许多应用中有共同的作用。
下面列出几个例子：1. 数据中心和服务器管理: 虚拟化技术可以使管理和扩展数据中心或服务器的流程更加高效和灵活。
同时，云计算软件可以使不同操作系统和应用程序在同一台虚拟服务器上共享资源，降低运营和维护成本。
2. 软件交付: 在云计算环境下，虚拟化技术可以帮助软件开发人员对开发和测试环境进行管理，提供更好的安全性、性能和可扩展性。
3. 资源备份和恢复: 虚拟化技术可以使备份和恢复数据更加灵活，这意味着获得重要数据或恢复计算资源的时间更短。
4. 桌面作业: 可以通过云计算和虚拟化，提供不同地理位置、款式、设备的用户使用同一软件的软件体验。
五、云计算和虚拟化技术的未来发展云计算和虚拟化技术随着时间发展，已经彻底改变我们对IT 资源的传统思考方式。
操作系统虚拟化原理详细解读
操作系统虚拟化原理详细解读操作系统虚拟化是一种通过在一台物理机器上运行多个虚拟机实例来提供多个逻辑机器的技术。
它具有许多重要应用，如服务器虚拟化、容器化等。
在本文中，我们将详细解读操作系统虚拟化的原理和实现方式。
一、概述操作系统虚拟化是一种基于软件或硬件的技术，它将物理资源（如CPU、内存、存储和网络）进行抽象和隔离，从而使多个虚拟机实例能够独立运行，就像它们在独立的物理机器上一样。
通过虚拟化，操作系统可以更高效地利用硬件资源，提供更好的可扩展性和灵活性。
二、虚拟化类型1. 全虚拟化全虚拟化是在物理机器上运行一个或多个完全独立的虚拟机实例，每个虚拟机实例都有自己的操作系统和应用程序。
在全虚拟化中，虚拟机监视器（VMM）负责管理和隔离虚拟机实例，它提供了虚拟机实例对物理资源的访问。
2. 半虚拟化在半虚拟化中，虚拟机实例与VMM之间存在一种合作关系。
虚拟机实例需要进行修改以与VMM进行通信和资源管理。
相比于全虚拟化，半虚拟化可以提供更好的性能和效率，但需要对虚拟机实例进行修改。
3. 容器化容器化是一种轻量级的虚拟化技术，它通过共享操作系统核心和库来运行多个容器实例。
与全虚拟化和半虚拟化不同，容器化不需要为每个实例提供独立的操作系统，从而提供更高的性能和资源利用率。
三、实现方式1. 软件虚拟化软件虚拟化是通过软件层来实现虚拟化的技术。
常见的软件虚拟化技术包括基于Hypervisor的全虚拟化和基于容器引擎的容器化。
Hypervisor作为一个VMM，在物理机器和虚拟机实例之间提供了抽象和隔离。
2. 硬件虚拟化硬件虚拟化是通过物理硬件上的特定硬件支持来实现虚拟化的技术。
常见的硬件虚拟化技术包括Intel的VT-x和AMD的SVM。
这些硬件支持可以提供更高性能的虚拟化，减少对VMM的依赖。
四、关键技术1. 内存虚拟化内存虚拟化是将物理内存划分为多个虚拟地址空间的技术。
通过使用页表等数据结构，操作系统可以将虚拟地址空间映射到物理内存，从而使每个虚拟机实例都能够独立访问其自己的内存空间。
嵌入式系统中的虚拟化与云计算技术
嵌入式系统中的虚拟化与云计算技术嵌入式系统是在计算机科学和工程中应用广泛的一种计算机系统，主要用于控制和操作电子设备。
近年来，随着云计算和虚拟化技术的发展，将这两种技术应用于嵌入式系统中已成为一种趋势。
虚拟化技术是一种将物理资源（如处理器、内存、存储器等）进行抽象、隔离和共享的方法。
在嵌入式系统中，虚拟化技术可以将硬件资源进行虚拟化，使多个虚拟机（VM）可以在同一个物理设备上同时运行，从而提高资源利用率。
同时，虚拟化技术还可以提供故障隔离和安全性增强的功能，降低系统对硬件的依赖性。
云计算是一种基于互联网的计算资源共享和服务提供模式。
在嵌入式系统中，云计算可以将嵌入式设备连接到云端，通过将计算和存储任务分发到云端来实现系统的升级、扩展和管理。
云计算可以为嵌入式系统提供更大的计算能力、存储容量和网络资源，并且提供灵活、可靠的服务。
嵌入式设备可以通过云计算平台随时获取最新的软件更新、存储和处理海量数据。
将虚拟化和云计算技术应用于嵌入式系统中有以下一些具体的优势和应用场景：1. 资源共享和利用率提升：通过虚拟化技术，可以将物理资源进行共享和隔离，多个嵌入式设备可以共享同一物理资源，提高资源利用率。
同时，云计算技术可以将不同嵌入式设备的计算任务进行协同处理，提升整个系统的计算能力。
2. 灵活性和可扩展性：通过云计算技术，嵌入式设备可以根据需求动态调整计算和存储资源。
设备的功能可以通过云端的软件升级而得到增强，而不需要重新更换硬件。
3. 故障隔离和安全性增强：虚拟化技术可以将不同虚拟机进行隔离，一台虚拟机的故障不会影响其他虚拟机的正常运行。
同时，云计算平台可以提供安全性增强的服务，对数据进行加密和安全传输，保护嵌入式设备中的敏感信息。
4. 数据中心集中化管理：通过云计算技术，嵌入式设备可以连接到云端，实现集中化的设备管理。
管理员可以通过云端的管理平台对设备进行监控、配置和远程控制，大大提高了设备的管理效率。
嵌入式系统中的虚拟化与云计算技术
嵌入式系统中的虚拟化与云计算技术随着信息技术的迅速发展，嵌入式系统在我们的日常生活中扮演着越来越重要的角色。
然而，对于嵌入式系统来说，资源有限且功耗要求严格，因此如何更有效地利用资源并提高系统性能成为了一个重要的挑战。
虚拟化和云计算技术在这一领域中崭露头角，并为嵌入式系统带来了许多新的机遇。
虚拟化技术是将物理资源抽象为虚拟的资源，通过将多个虚拟机运行在一台物理平台上，实现资源的共享和隔离。
相比于传统的嵌入式系统，虚拟化技术可以将多个应用程序并行地运行在同一台硬件上，从而提高资源利用率。
此外，通过虚拟机监控器（Hypervisor）的运行，虚拟化技术可以实现对虚拟机的管理和调度，进一步提高系统的可管理性和可靠性。
云计算技术将嵌入式系统中的计算能力和存储能力转移到云端，通过网络进行访问和共享。
这种分布式的部署方式使得嵌入式系统可以无缝地连接到云端，享受到庞大的计算和存储资源。
通过云计算技术，嵌入式系统可以更加灵活地扩展和适应不同的工作负载，从而提高系统的性能和可靠性。
虚拟化与云计算技术相结合的嵌入式系统可以在多个方面带来显著的优势。
首先，虚拟化技术可以将多个应用程序运行在同一台硬件上，从而降低硬件成本和能源消耗。
其次，虚拟化技术可以实现资源的动态分配和调度，根据实际需求对资源进行灵活配置，提高系统的可扩展性和灵活性。
再次，云计算技术可以提供强大的计算和存储能力，使得嵌入式系统可以处理更加复杂的任务，提供更高的性能和可靠性。
最后，云计算技术可以实现嵌入式系统之间的信息共享和协同工作，从而促进系统之间的交互和合作。
当然，在应用虚拟化与云计算技术时也面临一些挑战和限制。
首先，虚拟化技术会引入一定的性能开销，例如虚拟机监控器的运行会引起一定的处理器开销。
其次，虚拟化技术需要对操作系统和应用程序进行适当的修改和适配，以适应虚拟化环境的需求。
再次，云计算中的数据安全和隐私问题也是一个重要的考虑因素，特别是对于嵌入式系统中的敏感信息和计算结果。
常用的虚拟化体系结构
常用的虚拟化体系结构1. 概述虚拟化技术在计算机领域中扮演着重要的角色，它通过将物理资源抽象为虚拟的形式，为应用程序提供更高效的运行环境。
常用的虚拟化体系结构包括硬件虚拟化、操作系统虚拟化和应用程序虚拟化等。
本文将详细介绍这些常用的虚拟化体系结构。
2. 硬件虚拟化硬件虚拟化是一种将物理计算资源（如CPU、内存、磁盘和网络等）进行抽象，使其看起来像多个独立的虚拟机实例的技术。
常用的硬件虚拟化方案有基于全虚拟化和半虚拟化的方法。
- 基于全虚拟化的硬件虚拟化：这种虚拟化方式通过在物理计算机上安装虚拟化管理程序（如VMware ESXi、Xen等），实现将物理资源虚拟化为多个虚拟机实例。
虚拟机实例可以运行不同的操作系统，彼此之间互不干扰。
全虚拟化提供了更高的隔离性和安全性，但由于需要模拟硬件设备，因此性能较差。
- 基于半虚拟化的硬件虚拟化：半虚拟化是一种改善全虚拟化性能的方法，它通过修改操作系统内核，使其能够与虚拟化管理程序直接通信，达到更高的性能。
半虚拟化的缺点是需要对操作系统进行修改，限制了可虚拟化的操作系统的选择。
3. 操作系统虚拟化操作系统虚拟化是在单个操作系统内核之上运行多个相互隔离的虚拟操作系统实例的技术。
它可以将物理计算资源划分为多个虚拟机实例，每个实例都拥有独立的操作系统环境。
常用的操作系统虚拟化方案有虚拟化和硬件辅助虚拟化等。
- 虚拟化：虚拟化是一种轻量级虚拟化技术，它利用操作系统内核的功能来实现资源的隔离和管理。
虚拟化可以在同一主机上运行多个实例，每个实例都有自己的文件系统、进程空间和网络栈等。
虚拟化相比硬件虚拟化具有更低的开销和更高的性能，但隔离性相对较弱。
- 硬件辅助虚拟化：硬件辅助虚拟化是一种借助CPU和硬件虚拟化扩展指令集实现虚拟化的技术。
与软件虚拟化相比，硬件辅助虚拟化运行在更底层的硬件层，可以提供更高的性能和效率。
常见的硬件辅助虚拟化技术有Intel的VT-x和AMD的AMD-V等。
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商彦磊 shangyl@ 北京邮电大学网络技术研究院 网络与交换技术国家重点实验室
教学内容
绪论 计算体系架构与虚拟化技术 算体系架构与虚拟化技术
虚拟化概述 CPU的虚拟化 内存虚拟化 I/O虚拟化 虚拟化实施与应用 虚拟化的现状与未来
虚拟地址
虚拟地址又称为线性地址 虚拟地址是逻辑地址转换后的结果，用 于索引虚拟地址空间 当CPU使用分页机制时，虚拟地址必须 转换成物理地址才能访问平台内存或硬 件 件设备 未启用分页机制时，虚拟地址等于物理 地址
物理地址
为了唯一标识，处理器采用统一编址的方式将物 理内存映射为物理地址空间 物理地址用于索引物理地址空间
虚拟MMU
虚拟MMU
为了使影子页表工作，VMM要对MMU进行虚拟化
客户OS的页表不能被物理MMU直接利用进行地 址翻译
客户OS所能看到和操作的都是虚拟MMU 客户OS所维护的页表只是被客户OS载入到虚拟MMU 不能被物理MMU直接利用来进行MMU硬件实现的地址 翻译
真正被VMM载入到物理MMU中的页表是影子页表
客户机物理地址到宿主机物理 地址的映射
这是一个数据结构的映射问题 客户机OS维护虚拟机中进程所使用的虚拟地址到客户机物理地址 的映射
用公式表示 GPA=g(GVA) 用公式表示： g( ) GVA代表客户机虚拟地址，GPA代表客户机物理地址 用公式表示：HPA=f(GPA) HPA代表宿主机物理地址
Interface
高速I/O 总线
Controlle r Frame Buffer
NIC
B id Bridge
LAN
低速 I/O 总线
CD-ROM USB
地址空间
内存可以视为一个大数组，地址就是数组的 索引 地址空间是更大的数组 包括两种类型： 地址空间是更大的数组，包括两种类型：
物理地址空间 虚 虚拟地址空间
引入影子页表的系统结构
影子页表的作用
影子页表是被物理MMU所装载使用的页表
VMM要为客户OS的每套页表都维护相应的影子页表 有了影子页表，普通内存访问只需使用影子页表即可 实现从GVA到HPA的转换 不需要在每次访问内存时都进行GVA到GPA以及GPA 到HPA的两次转换
影子页表简化了地址翻译
两次地址翻译
在客户机物理地址空间后，客户机的应用程序要在物 理内存分配资源 就需要以下两次转换： 理内存分配资源，就需要以下两次转换： GVA → GPA
GPA→ HPA
客户机虚拟地址（GVA，Guest Virtual Address）到客户 机物理地址（GPA，Guest Physical Address）的地址转 换 客户OS完成
0
设备
ROM
物理地址空间
虚拟地址空间
一个平台只有一个物理地址空间
每个程序都认为自己独享整个平台的硬件资源
为了让多个程序有效地隔离和使用物理地址空 间的资源，引入虚拟地址空间 CPU负责将虚拟地址转换成物理地址，使程序 能够正确访问到该虚拟地址空间所映射到的物 理地址空间
虚拟地址空间
0
当前进程 操作系统
影子页表的缺页处理机制
发生缺页异常时，先由VMM截获异常 VMM判断该异常产生的原因
将发生异常的客户机虚拟地址在客户机页表中对应页 表项的访问权限位与缺页异常的错误码进行比较检查 此缺页异常是否是由客户机本身
对客户机本身引起的缺页异常，VMM将直接返回 客户机操作系统，由客户机操作系统的缺页异常 处理机制来处理该缺页异常 若缺页异常是由客户机页表和影子页表不一致引 起的，VMM尝试根据客户机页表同步影子页表
客户机物理地址（GPA）到宿主机物理地址（HPA，Host Physical Address）的地址转换 VMM完成
GPA与HPA映射关系表
为了实现GPA→HPA的地址翻译，VMM为每个虚拟机动态维护一张从GPA 到HPA映射关系表 VMM截获修改客户机页表和刷新TLB的指令，根据GPA到HPA映射关系表 ，修改从GVA到GPA映射的操作，变成修改GVA到相应HPA映射的操作 0起始地址
VMM维护客户机物理地址到宿主机物理地址之间的映射
虚拟机进程所使用的客户机虚拟地址要变成物理处理器可以执行 的宿主机物理地址，需要经过两层转换，即：
HPA=f(g(GVA))
内存虚拟化方法
基于软件的内存虚拟化方法
影子页表法 VT-x ETB 页表写入法
硬件辅助内存虚拟化
类虚拟化
虚拟地址对应的页帧号即虚拟页帧号（VFN） 物理地址对应的页帧号即物理页帧号（ 帧 帧 PFN）或机 机 器页帧号（MFN）
页表也可视为存储VFN到PFN映射的数据结构
页表的组成
页目录项（PDE）
页表项（PTE）
页目录项包含页表的物理地址 页目录项存放在页目录（PD）中 页目录的物理地址存放在控制寄存器（CR3），也称 ） 也称 为页目录基地址寄存器（PDBR） 页表项包含该虚拟地址对应的PFN PTE存放在页表 存放在页表（PT）中 中
是CPU提交到总线用于访问平台内存和硬件设备的最 终地址 分段机制启用，分页未启用
和其他地址的关系：
逻辑地址→虚拟地址=物理地址 逻辑地址→虚拟地址→物理地址
分段、分页机制同时启用
物理地址举例
分段机制
分段是一种简单的内存管理机制，把内存划分成以起 始地址和长度描述的段 分段机制构成
初始化时，VMM中的影子页表是空的
任何内存访问操作都会引来自缺页异常若客户OS页表中包含了从GVA到GPA的映射，影 子页表中没有相应的从GVA到HPA映射，造成异 常发生
VMM截获缺页异常，在相应的影子列表建立从GVA到 与HPA的映射
若客户 客户OS页表中没有 中 有GVA到GPA的映射， 射 VMM将 缺页异常传递给客户机OS，由客户OS为GVA分 配客户机物理页
TLB保存的是VFN到PFN的转换
CPU从TLB获得一个虚拟地址对应的 获得 个虚拟地址对应的PFN后，要与 后 要与 虚拟地址的偏移相加，得到最后的物理地址 并非从TLB中获取物理地址
虚拟地址转换成物理地址的过程
虚拟地址
TLB
1 4 2
物理地址
5 3
操作系统的页面失 效处理程序
进程
页表
2
内存虚拟化的必要性
内存虚拟化
计算机内存架构 内存虚拟化的必要性 内存虚拟化概述 内存虚拟化方法
内存架构
地址空间
物理地址空间 虚拟地址空间 逻辑地址 虚拟地址 物理地址 分段机制 分页机制
地址
内存管理机制
计算机系统结构
CPU
MMU
M Memory
Controller
本地 总线
4GB
虚拟地址空间
0
RAM
帧缓 冲器
4GB
设备 ROM
物理地址空间
地址
根据访问的地址空间不同，索引可以分为虚 拟地址和物理地址
逻辑地址 虚拟地址 物理地址
由于x86的段机制，还有一种另外的地址： 逻辑地址
逻辑地址
逻辑地址是程序直接使用的地址 逻辑地址由16位的段选择符和一个32位 的偏移量构成
通过虚拟地址的偏移量0~11位和基地址，就可以 得到虚拟地址对应的物理地址
二级页表
TLB（Translation Lookaside Buffer）
旁路转换缓冲区TLB用来对最近用到的页面映 射进行缓存
TLB提高了地址转换效率
当CPU访问某个虚拟地址，其所在页面的映射存在于 TLB中时，无须查找页表即可进行地址转换
分段机制
分页机制
分页机制是用粒度化的单位“页”管理虚拟地 址空间和物理地址空间 分页机制的核心思想
通过页表将虚拟地址转换成物理地址，配合旁路 转换缓冲区（TLB）加速地址转换 主要由页表、CR3寄存器和TLB三个部件构成
分页机制构成
分页机制
页表的概念
页表是将虚拟地址转换成物理地址的数据结构 一个地址对齐到页边界后的值称为页帧号（页 框架） 实际是该地址所在页面的基地址 框架），实际是该地址所在页面的基地址
隔离性
内存虚拟化方法
基于软件的内存虚拟化方法
影子页表法
硬件辅助内存虚拟化 类虚拟化
影子页表
（1）一份影子页表与一份 客户OS的页表对应； （2）影子页表完成GPA直 接到HPA的地址翻译 （3）有的材料中：
客户机虚拟地址<->虚拟地址； 客户机物理地址<->物理地址； 宿主机物理地址<->机器地址；
四个基本部分：逻辑地址、段选择寄存器、段描述符和段 描述符表 使用段描述符描述段的基地址 长度以及各种属性 使用段描述符描述段的基地址、长度以及各种属性。
核心思想
当程序使用逻辑地址访问内存的某个部分时，CPU通过 逻辑地址中的段选择符索引段描述符表以得到该内存 对应的段描述符，根据段描述符中的基地址将逻辑地 址转换为虚拟地址