CPU虚拟化

CPU虚拟化

一个KVM虚机在宿主机上是一个qemu-kvm进程,与其他linux进程一样被调度。而每个虚拟机的vCPU对应于该进程的一个线程,该线程可以在物理CPU上调度。

虚拟机的vCPU总数可以超过CPU数量,这叫CPU的 overcommit(超配)。这样使得虚拟机能够充分利用宿主机的CPU资源。

 

posted @ 2016-08-09 12:48 williamcai 阅读( ...) 评论( ...) 编辑 收藏
### CPU 虚拟化技术概述 CPU 虚拟化是一种将单个物理 CPU 划分为多个逻辑 CPU 的技术,允许多台虚拟机 (VM) 共享同一物理处理器资源并独立运行[^1]。这种技术的核心目标是提高计算资源利用率,同时确保各虚拟机之间的隔离性和安全性。 #### 完全虚拟化与半虚拟化 虚拟化技术主要分为两种模式:完全虚拟化和半虚拟化。在完全虚拟化中,虚拟机监控器(VMM)模拟完整的底层硬件环境,使客户操作系统无需修改即可运行于虚拟环境中[^4]。这种方式下,虚拟过程对客户操作系统来说是透明的,因此更易于部署和支持多种不同的操作系统。然而,在早期阶段,由于缺乏硬件支持,完全虚拟化的性能开销较大;随着硬件辅助虚拟化技术的发展,这一问题已显著改善。 相比之下,半虚拟化需要对客户操作系统进行特定修改以适配 VMM 提供的功能接口。虽然这种方法可能带来更高的效率,但由于依赖操作系统的定制版本,其兼容性和易用性受到一定限制。 #### 硬件辅助虚拟化的作用 为了克服传统软件层面实现所带来的性能瓶颈,现代 CPU 架构引入了专门用于增强虚拟化能力的支持特性,例如 Intel VT-x 和 AMD-V 技术。这些功能通过扩展指令集来优化敏感操作处理流程,从而减少因频繁陷入宿主机而产生的额外消耗。借助此类硬件机制的帮助,即使是在复杂工作负载条件下也能维持接近原生水平的表现。 #### KVM 中的 CPU 虚拟化实践 具体到基于 Linux 平台开发的开源解决方案——Kernel-based Virtual Machine(KVM),它利用 QEMU-KVM 组件作为前端交互界面的同时,还依靠内核模块完成低层细节管理工作。每当创建一个新的 VM 实例时,实际上就是在系统进程中实例化了一个对应的 qemu-kvm 对象。该对象不仅承担起向 Guest OS 展示虚假设备模型的任务,同时也接管着调度分配给它的那份时间片份额等工作职责[^3]。 当涉及到实际执行路径转换期间,则会经历如下几个关键环节: - **Trap & Emulate**: 当遇到某些无法直接交给真实硬件去做的特殊指令类别(如特权级调用)时候, 将触发异常中断信号传递至 Host Kernel 处理程序那里接受进一步解析判断后再决定如何响应; - **Binary Translation**: 部分场景下还可以采用动态二进制翻译手段预先改写原始机器码序列以便绕过上述局限继续推进下去; 以上便是关于 CPU 虚拟化基本原理及其典型应用场景的一些介绍说明. ```python # 示例代码展示简单的线程切换模拟 import threading def worker(): print('Worker thread started') thread = threading.Thread(target=worker) thread.start() print('Main program continues to run') ```
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