基于硬件的虚拟化技术

前提条件：云计算中的虚拟化技术，服务器虚拟化的类型，管理程序。
这种平台虚拟化方法，能够在硬件功能的辅助下实现高效的完全虚拟化，而硬件功能主要来自主机处理器。这种虚拟化方式被称为“基于硬件的虚拟化”。为了模拟完整的硬件环境或虚拟机器，通常会采用完全虚拟化技术。在这种情况下，不变的客户操作系统（使用与主机相同的指令集）在复杂的隔离环境中运行。

基于操作系统的虚拟化技术包含多个逻辑层次。在这些层次中，首先会将虚拟机安装到完整的宿主操作系统上，之后再利用该宿主操作系统来创建更多的虚拟机。
这是一种抽象的执行环境，它涉及计算机硬件层面的技术。在这种环境下，可以运行客户操作系统，这种技术被称为“硬件级虚拟化”。 在这里，操作系统代表了“客户机”，物理计算机硬件则代表了“主机”。而虚拟机的实现方式则是由虚拟机管理程序来完成的。 当虚拟机能够直接与硬件进行交互，而无需主机操作系统进行任何干预时，基于硬件的虚拟化方式就会变得更加高效。 硬件虚拟化的核心组件就是管理程序，也就是虚拟机管理器（VMM）。
基本上，可以將管理程序分为两种类型。具体描述如下：

• 类型I的虚拟机管理程序： 
  I型虚拟机管理程序直接运行在硬件之上。因此，它们可以替代操作系统，直接与底层硬件提供的ISA接口进行通信。它们会复制这些接口的功能，从而让客户操作系统能够正常运作。由于这种虚拟机管理程序是直接在硬件上运行的，因此它也被称为“原生虚拟机”。
• 类型II的虚拟机管理程序： 
  为了提供虚拟化服务，第二类虚拟机管理程序需要操作系统的支持。这意味着，这类虚拟机管理程序是由操作系统来管理的应用程序，它们通过ABI与操作系统进行通信，从而模拟虚拟硬件的ISA结构，以便让客户操作系统能够正常使用虚拟硬件。由于这类虚拟机管理程序被嵌入在操作系统中，因此也被称为“托管虚拟机”。

超管理器具有简单的用户界面，但也需要一定的存储空间来存放相关文件。 它作为一种薄的软件层存在，同时它还承担着虚拟化管理层的职责，负责硬件的管理工作。 在虚拟机的配置过程中，设备驱动程序和相关支持软件都经过了优化处理。不过，许多标准的操作系统功能则并未被实现。 本质上，这种虚拟化系统被用于将提高那些在多个虚拟机与同一硬件平台进行交互时必然会产生的性能开销。
硬件兼容性也是基于硬件的虚拟化技术所面临的另一个挑战。 虚拟化层直接与主机硬件进行交互，因此，所有相关的驱动程序和支持软件都必须与Hypervisor兼容。 同样地，其他操作系统可以使用的硬件设备驱动程序，在虚拟机管理程序平台上可能并不可用。 此外，主机的管理和行政功能可能并不具备那些在操作系统中所常见的高级功能。

注意：Hyper-V与底层硬件之间的通信，主要是通过供应商提供的驱动程序来实现的。

基于硬件的虚拟化的特点包括：

隔离：基于硬件的虚拟化技术能够实现虚拟机之间的强隔离性。这意味着，一个虚拟机中的任何问题都不会影响到在同一物理主机上运行的其他虚拟机。

安全性：基于硬件的虚拟化技术提供了高度的安全性。因为每台虚拟机都与主机操作系统以及其他虚拟机隔离，因此恶意代码很难从一个虚拟机传播到另一个虚拟机上。

性能：基于硬件的虚拟化技术能够提供良好的性能，因为管理程序可以直接访问物理硬件。这意味着虚拟机可以实现接近原生设备的性能表现。

资源分配：基于硬件的虚拟化技术允许灵活分配诸如CPU、内存以及I/O带宽等硬件资源给各个虚拟机。

快照与迁移：基于硬件的虚拟化技术可以创建快照，这些快照可以用于备份和恢复操作。此外，这种技术还允许在物理主机之间实时迁移虚拟机，从而实现负载均衡等目的。

支持多种操作系统：基于硬件的虚拟化技术支持多种操作系统，这使得可以将多个工作负载整合到较少的物理机器上运行，从而降低硬件成本以及维护成本。

兼容性：基于硬件的虚拟化技术能够与大多数现代操作系统兼容，因此很容易将其整合到现有的IT基础设施中。
基于硬件的虚拟化的优势—— 
它减少了半虚拟化的维护成本，因为这样可以减少（理想情况下甚至可以消除）对客户操作系统进行的修改。此外，这种技术还能显著提升性能。VMware的工程师以及Virtual Iron也提到了基于硬件的虚拟化技术的实际优势。
基于硬件的虚拟化的缺点—— 
基于硬件的虚拟化技术需要主机CPU的明确支持，而并非所有x86/x86_64处理器都具备这种支持功能。 这种“纯”基于硬件的虚拟化方法，包括整个未经修改的 guest 操作系统在内，会涉及到大量的虚拟机陷阱处理。因此，CPU 的负担会迅速增加，这限制了服务器整合的可扩展性和效率。 这种性能提升可以通过使用参数化虚拟化驱动来实现；这种组合方式被称为“混合虚拟化”。