处理器虚拟化简介

1、处理器虚拟化是VMM（Hypervison）中最核心的部分，因为内存或者I/O的指令本身就是敏感指令，所以内存虚拟化与IO虚拟化都依赖与处理器虚拟化的正确实现。

1）、指令模拟

VMM运行在最高特权级，可以控制处理器上所有关键资源；而客户机操作系统运行在非最高特权级。所以其敏感指令会陷入到VMM中通过软件的方式进行模拟。从客户机操作系统的角度而言，无论是一条指令是直接执行在物理处理器上，还是被VMM软件模拟，其期望的执行效果必须正确。所以处理器虚拟化的关键在于正确模拟指令的行为。

在介绍指令模拟之前，我们理解三个概念：虚拟寄存器、上下文和虚拟处理器。它们有助于理解虚拟处理器模拟指令。

从某种程度上来说，物理处理器无非包括了一些存放数据的物理寄存器，并且规定了使用这些寄存器的指令集，然后按照一段预先写好的指令流，在给定的部分寄存器来完成某种目的。

在没有虚拟化的环境里，操作系统直接访问物理处理器，处在最高特权级别，可以控制系统中所有关键资源，包括寄存器、内存和I/O外设等。但是当VMM接管物理处理器后，昔日的操作系统称为客户机操作系统而降级到非最高特权级别上，这时，其试图访问关键资源的指令就称为了敏感指令。VMM会通过各种手段，保证这些敏感指令的执行能够触发异常，从而陷入到VMM进行模拟，以防对VMM自身的运行造成破坏。

所以，当客户机操作系统试图访问关键资源的时候，该请求并不会真正发生在物理寄存器上，相反，VMM会通过准确的模拟物流处理器的行为，而将其访问定位到VMM为其设计与物理寄存器对应的“虚拟”的寄存器上。当然，从VMM实现来说，这样的虚拟寄存器往往是在内存中。

当处理器取下一条指令MOV CR0，EAX后，发现特权级别不符合，则抛出异常，VMM截获这个异常之后模拟处理器的行为，读取EAX的内容并存放到虚拟的CR0中。由于虚拟的CR0存放在VMM为该虚拟机设置的内存区域里，因此该指令执行的结果并不会让物理的CR0的内容发生改变。等到下一次，当虚拟机试图读CR0时，处理器也会抛出异常，然后由VMM从虚拟的CR0而不是物理的CR0中返回内容给虚拟机。

在没有虚拟化的环境里，操作系统直接负责处理器管理，负责进程间调度和切