硬件虚拟化

硬件虚拟化是将计算机虚拟化为完整的硬件平台、其组件的某些逻辑抽象，或者只是运行各种操作系统所需的功能。虚拟化对用户隐藏了计算平台的物理特性，而是呈现了一个抽象的计算平台。

• 在服务器整合的情况下，许多小型物理服务器被一台更大的物理服务器取代，以减少对更多（昂贵）硬件资源（如CPU和硬盘驱动器）的需求。尽管硬件在虚拟环境中得到整合，但操作系统通常不会。相反，在物理服务器上运行的每个操作系统都被转换为在虚拟机内运行的不同操作系统。因此，大型服务器可以“托管”许多这样的“访客”虚拟机。这称为物理到虚拟(P2V)转换。
• 除了降低与设备维护相关的设备和劳动力成本外，整合服务器还可以带来额外的好处，即减少能源消耗和在环境生态技术领域的全球足迹。例如，典型的服务器以425W运行，VMware估计硬件缩减率高达15:1。
• 与物理机相比，从远程站点可以更轻松地控制和检查虚拟机(VM)，并且虚拟机的配置更加灵活。这在内核开发和教授操作系统课程中非常有用，包括运行不支持现代硬件的旧操作系统。
• 可以根据需要配置新的虚拟机，而无需预先购买硬件。
• 可以根据需要轻松地将虚拟机从一台物理机重新定位到另一台物理机。例如，去拜访客户的销售人员可以将带有演示软件的虚拟机复制到他们的笔记本电脑上，而无需运输物理计算机。同样，虚拟机内部的错误不会损害主机系统，因此不存在操作系统在笔记本电脑上崩溃的风险。
• 由于易于重新定位，虚拟机可以很容易地用于灾难恢复场景，而无需担心翻新和故障能源的影响。

但是，当多个虚拟机同时运行在同一物理主机上时，每个虚拟机可能会表现出变化和不稳定的性能，这在很大程度上取决于其他虚拟机对系统施加的工作负载。这个问题可以通过适当的安装技术在虚拟机之间进行临时隔离来解决。

平台虚拟化有多种方法。

虚拟化用例示例：

• 运行主机操作系统不支持的一个或多个应用程序：运行所需客户操作系统的虚拟机可以允许所需应用程序运行，而无需更改主机操作系统。
• 评估替代操作系统：新操作系统可以在虚拟机中运行，而无需更改主机操作系统。
• 服务器虚拟化：可以在单个物理服务器上运行多个虚拟服务器，以更充分地利用物理服务器的硬件资源。
• 复制特定环境：根据所使用的虚拟化软件，虚拟机可以复制并安装在多个主机上，或者恢复到以前备份的系统状态。
• 创建受保护的环境：如果在VM上运行的客户操作系统以不具有成本效益的方式损坏，例如在研究恶意软件或安装行为不良的软件时可能发生的情况，则可以简单地丢弃VM，而不会损坏主机系统，以及重新启动来宾时使用的干净副本。

在完全虚拟化中，虚拟机模拟足够的硬件以允许为相同指令集设计的未经修改的“客户”操作系统独立运行。1966年，VM系列的前身IBMCP-40和CP-67率先采用了这种方法。

在硬件辅助虚拟化中，硬件提供有助于构建虚拟机xxx器并允许客户操作系统独立运行的架构支持。硬件辅助虚拟化于1972年首次在IBMSystem/370上引入，用于xxx个虚拟机操作系统VM/370。

在2005年和2006年，英特尔和AMD提供了额外的硬件来支持虚拟化。SunMicrosystems（现为OracleCorporation）于2005年在其UltraSPARCT系列处理器中添加了类似的功能。

2006年，发现xxx代32位和64位x86硬件支持很少能提供优于软件虚拟化的性能优势。

在半虚拟化中，虚拟机不一定要模拟硬件，而是（或另外）提供一个特殊的API，只能通过修改“客户”操作系统来使用。为此，“来宾”操作系统的源代码必须可用。如果源代码可用，将敏感指令替换为对VMMAPI的调用（例如：“cli”与“vm_handle_cli()”）就足够了，然后重新编译操作系统并使用新的二进制文件。

在操作系统级别的虚拟化中，物理服务器在操作系统级别进行虚拟化，使多个隔离且安全的虚拟化服务器能够在单个物理服务器上运行。“来宾”操作系统环境与主机系统共享相同的操作系统运行实例。因此，相同的操作系统内核也用于实现“客户”环境，并且在给定“客户”环境中运行的应用程序将其视为独立系统。

灾难恢复(DR)计划通常被认为是硬件虚拟化平台的良好实践。虚拟化环境的DR可以确保在破坏正常业务运营的各种情况下的高可用性。在硬件虚拟化平台的持续运行很重要的情况下，灾难恢复计划可以确保满足硬件性能和维护要求。硬件虚拟化灾难恢复计划涉及通过各种方法保护硬件和软件，包括以下描述的方法。

软件数据长期归档需求的磁带备份这种常用方法可用于异地存储数据，但数据恢复可能是一个困难而漫长的过程。磁带备份数据仅与存储的最新副本一样好。磁带备份方法将需要备份设备和持续的存储材料。整个文件和应用程序复制这种方法的实施将需要控制软件和存储容量，以便应用程序和数据文件存储复制通常在同一站点上。数据被复制到不同的磁盘分区或单独的磁盘设备上，并且可以是大多数服务器的计划活动，并且更多地用于数据库类型的应用程序。硬件和软件冗余这种方法通过在两个不同的地理区域提供重复的硬件和软件复制，确保硬件虚拟化解决方案的最高级别的灾难恢复保护。