关于openstack和虚拟化

当然，由于qemu模拟io设备效率不高的原因，现在常常采用半虚拟化的virtio方式来虚拟IO设备。

总的来说：QEMU是一个独立的虚拟化解决方案，并不依赖KVM（它本身自己可以做CPU和内存的模拟，只不过效率较低），而KVM是另一套虚拟化解决方案，对CPU进行虚拟效率较高（采用了硬件辅助虚拟化），但本身不提供其他设备的虚拟化，借用了QEMU的代码进行了定制，所以KVM方案一定要依赖QEMU

libvirt

顺带提一提libvirt，这是RedHat开始支持KVM后，大概是觉得QEMU+KVM方案中的用户空间虚拟机管理工具不太好用或者通用性不强，所以干脆搞了个libvirt出来，一个针对各种虚拟化平台的虚拟机管理的API库，一些常用的虚拟机管理工具如virsh（类似vim编辑器），virt-install，virt-manager等和云计算框架平台（如OpenStack，OpenNebula，Eucalyptus等）都在底层使用libvirt提供的应用程序接口。

libvirt主要由三个部分组成：API库，一个守护进程 libvirtd 和一个默认命令行管理工具 virsh。

Xen：

Xen是另一套独立的虚拟化解决方案，最初的Xen只支持半虚拟化，Intel VT技术出现后，添加了全虚拟化功能，这个全虚拟化功能也是借助了qemu实现，但不是完全依赖qemu。

Xen支持全虚拟化和半虚拟化，半虚拟化场景下，操作系统必须进行显式地修改（“移植”）以在Xen上运行（但是提供对用户应用的兼容性）。这使得Xen无需特殊硬件支持，就能达到高性能的虚拟化。

PV（Para-Vritralization）和FV（Full-Vritralization）的差别，主要以guest OS的硬件仿真程度做区分。FV：FV是一般较常看到的作法，所有的guest OS完全不会看到实际的硬件为何，只能使用由Supervisor所提供的所有虚拟硬件，因此，在这种机制下，guest OS动作的性能一定会大受虚拟接口的影响。另外还有一个特点，就是因为完全仿真的关系，不支持新的技术，连ACPI开关机的机制都无法使用，也就是当使用 者在FV的guest OS下，若直接触动关机的按钮（这里的按钮是由VMM所提供的，不是主机上的）会直接断电，而不会进行关机程序。PV：至于PV的作法，有鉴于一般Virtual Machine工具都是以完全仿真的方式，造成性能上的降低，因此，XEN在设计上，希望各操作系统可以在开发时就已经将XEN的技术包括进去，这样在使 用时，就可以用局部仿真的方式，让操作系统可以直接使用到硬件中的CPU、内存等，而不需要通过XEN做仿真的操作。

 FV：     PV：  

关于半虚拟化的历史:

ring0是指CPU的运行级别，ring0是最高级别，ring1次之，ring2更次之…… 

拿Linux+x86来说， 操作系统（内核）的代码运行在最高运行级别ring0上，可以使用特权指令，控制中断、修改页表、访问设备等等。 应用程序的代码运行在最低运行级别上ring3上，不能做受控操作。如果要做，比如要访问磁盘，写文件，那就要通过执行系统调用（函数），执行系统调用的时候，CPU的运行级别会发生从ring3到ring0的切换，并跳转到系统调用对应的内核代码位置执行，这样内核就为你完成了设备访问，完成之后再从ring0返回ring3。这个过程也称作用户态和内核态的切换。

那么，虚拟化在这里就遇到了一个难题，因为宿主操作系统是工作在ring0的，客户操作系统就不能也在ring0了，但是它不知道这一点，以前执行什么指令，现在还是执行什么指令，那肯定不行啊，没权限啊，玩不转啊。所以这时候虚拟机管理程序（VMM）就要避免这件事情发生。 （VMM在ring0上，一般以驱动程序的形式体现，驱动程序都是工作在ring0上，否则驱动不了设备） 一般是这样做，客户操作系统执行特权指令时，会触发异常（CPU机制，没权限的指令，触发异常），然后VMM捕获这个异常，在异常里面做翻译，模拟，最后返回到客户操作系统内，客户操作系统认为自己的特权指令工作正常，继续运行。但是这个性能损耗，就非常的大，你想想原来，简单的一条指令，执行完，了事，现在却要通过复杂的异常处理过程。

这时候半虚拟化就来了，半虚拟化的思想就是，让客户操作系统知道自己是在虚拟机上跑的，工作在非ring0状态，那么它原先在物理机上执行的一些特权指令，就会修改成其他方式，这种方式是可以和VMM约定好的，这就相当于，我通过修改代码把操作系统移植到一种新的架构上来，就是定制化。所以像XEN这种半虚拟化技术，客户机操作系统都是有一个专门的定制内核版本，和x86、mips、arm这些内核版本等价。这样以来，就不会有捕获异常、翻译、模拟的过程了，性能损耗非常低。这就是XEN这种半虚拟化架构的优势。这也是为什么XEN只支持虚拟化Linux，无法虚拟化windows原因，微软不改代码啊。

可以后来，CPU厂商，开始支持虚拟化了，情况有发生变化，拿X86 CPU来说，引入了Intel-VT 技术，支持Intel-VT 的CPU，有VMX root operation 和 VMX non-root operation两种模式，两种模式都支持Ring 0 ~ Ring 3 这 4 个运行级别。这下好了，VMM可以运行在VMX root operation模式下，客户OS运行在VMX non-root operation模式下。也就说，硬件这层做了些区分，这样全虚拟化下，有些靠“捕获异常-翻译-模拟”的实现就不需要了。而且CPU厂商，支持虚拟化的力度越来越大，靠硬件辅助的全虚拟化技术的性能逐渐逼近半虚拟化，再加上全虚拟化不需要修改客户操作系统这一优势，全虚拟化技术应该是未来的发展趋势。

OpenStack：开源管理项目