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虛擬化 內(nèi)核是個(gè)大管家，想象你的機(jī)器上跑著很多的程序，有word，有excel，看著視頻，聽(tīng)著音樂(lè)，每個(gè)程序都要使用CPU和內(nèi)存，都要上網(wǎng)，都要存硬盤(pán)，如果沒(méi)有一個(gè)大管家管著，大家隨便用，就亂了。所以需要管家來(lái)協(xié)調(diào)調(diào)度整個(gè)資源，誰(shuí)先用，誰(shuí)后用，誰(shuí)用多少，誰(shuí)放在這里，誰(shuí)放在那里，都需要管家操心。
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內(nèi)核，是指的操作系統(tǒng)內(nèi)核。
所有的操作系統(tǒng)都有內(nèi)核，無(wú)論是Windows還是Linux，都管理著三個(gè)重要的資源：計(jì)算，網(wǎng)絡(luò)，存儲(chǔ)。
計(jì)算指CPU和內(nèi)存，網(wǎng)絡(luò)即網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，存儲(chǔ)即硬盤(pán)之類的。
內(nèi)核是個(gè)大管家，想象你的機(jī)器上跑著很多的程序，有word，有excel，看著視頻，聽(tīng)著音樂(lè)，每個(gè)程序都要使用CPU和內(nèi)存，都要上網(wǎng)，都要存硬盤(pán)，如果沒(méi)有一個(gè)大管家管著，大家隨便用，就亂了。所以需要管家來(lái)協(xié)調(diào)調(diào)度整個(gè)資源，誰(shuí)先用，誰(shuí)后用，誰(shuí)用多少，誰(shuí)放在這里，誰(shuí)放在那里，都需要管家操心。
所以在這個(gè)計(jì)算機(jī)大家庭里面，管家有著比普通的程序更高的權(quán)限，運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)，而其他的普通程序運(yùn)行在用戶態(tài)，用戶態(tài)的程序一旦要申請(qǐng)公共的資源，就需要向管家申請(qǐng)，管家?guī)退峙浜?，它才能用?/p>
為了區(qū)分內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)，CPU專門(mén)設(shè)置四個(gè)特權(quán)等級(jí)0,1,2,3 來(lái)做這個(gè)事情。
當(dāng)時(shí)寫(xiě)Linux內(nèi)核的時(shí)候，估計(jì)大牛們還不知道將來(lái)虛擬機(jī)會(huì)大放異彩，大牛們想，一共兩級(jí)特權(quán)，一個(gè)內(nèi)核態(tài)，一個(gè)用戶態(tài)，卻有四個(gè)等級(jí)，好奢侈，好富裕，就敞開(kāi)了用，內(nèi)核態(tài)運(yùn)行在第0等級(jí)，用戶態(tài)運(yùn)行在第3等級(jí)，占了兩頭，太不會(huì)過(guò)日子了。
大牛們?cè)趯?xiě)Linux內(nèi)核的時(shí)候，如果用戶態(tài)程序做事情，就將扳手掰到第3等級(jí)，一旦要申請(qǐng)使用更多的資源，就需要申請(qǐng)將扳手掰到第0等級(jí)，內(nèi)核才能在高權(quán)限訪問(wèn)這些資源，申請(qǐng)完資源，返回到用戶態(tài)，扳手再掰回去。
這個(gè)程序一直非常順利的運(yùn)行著，直到虛擬機(jī)的出現(xiàn)。
如果大家用過(guò)Vmware桌面版，或者Virtualbox桌面版，你可以用這個(gè)虛擬化軟件創(chuàng)建虛擬機(jī)，在虛擬機(jī)里面安裝一個(gè)Linux或者windows，外面的操作系統(tǒng)也可以是Linux或者Windows。
當(dāng)你使用虛擬機(jī)軟件的時(shí)候，和你的excel一樣，都是在你的任務(wù)欄里面并排的放著，是一個(gè)普通的應(yīng)用。
當(dāng)你進(jìn)入虛擬機(jī)的時(shí)候，虛擬機(jī)里面的excel也是一個(gè)普通的應(yīng)用。
但是當(dāng)你設(shè)身處地的站在虛擬機(jī)里面的內(nèi)核的角度思考一下人生，你就困惑了，我到底個(gè)啥？
在硬件上的操作系統(tǒng)來(lái)看，我是一個(gè)普通的應(yīng)用，只能運(yùn)行在用戶態(tài)?？墒谴笈兩业臅r(shí)候，我的每一行代碼，都告訴我，我是個(gè)內(nèi)核啊，應(yīng)該運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)，當(dāng)虛擬機(jī)里面的excel要訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，向我請(qǐng)求，我的代碼就要努力的去操作網(wǎng)絡(luò)資源，我努力，但是我做不到，我沒(méi)有權(quán)限！
我分裂了。
虛擬化層，也就是Vmware或者Virtualbox需要幫我解決這個(gè)問(wèn)題。
***種方式，完全虛擬化，其實(shí)就是騙我。虛擬化軟件模擬假的CPU，內(nèi)存，網(wǎng)絡(luò)，硬盤(pán)給我，讓我自我感覺(jué)良好，終于又像個(gè)內(nèi)核了。
真正的工作模式是這樣的。
虛擬機(jī)內(nèi)核：我要在CPU上跑一個(gè)指令！
虛擬化軟件：沒(méi)問(wèn)題，你是內(nèi)核嘛，可以跑
虛擬化軟件轉(zhuǎn)過(guò)頭去找物理機(jī)內(nèi)核：報(bào)告管家，我管理的虛擬機(jī)里面的一個(gè)要執(zhí)行一個(gè)CPU指令，幫忙來(lái)一小段時(shí)間空閑的CPU時(shí)間，讓我代他跑個(gè)指令。
物理機(jī)內(nèi)核：你等著，另一個(gè)跑著呢。好嘞，他終于跑完了，該你了。
虛擬化軟件：我代他跑，終于跑完了，出來(lái)結(jié)果了
虛擬化軟件轉(zhuǎn)頭給虛擬機(jī)內(nèi)核：哥們，跑完了，結(jié)果是這個(gè)，我說(shuō)你是內(nèi)核吧，絕對(duì)有權(quán)限，沒(méi)問(wèn)題，下次跑指令找我啊。
虛擬機(jī)內(nèi)核：看來(lái)我真的是內(nèi)核呢。可是哥，好像這點(diǎn)指令跑的有點(diǎn)慢啊。
虛擬化軟件：這就不錯(cuò)啦，好幾個(gè)排著隊(duì)跑呢。
內(nèi)存的申請(qǐng)模式如下。
虛擬機(jī)內(nèi)核：我啟動(dòng)需要4G內(nèi)存，我好分給我上面的應(yīng)用。
虛擬化軟件：沒(méi)問(wèn)題，才4G，你是內(nèi)核嘛，馬上申請(qǐng)好。
虛擬化軟件轉(zhuǎn)頭給物理機(jī)內(nèi)核：報(bào)告，管家，我啟動(dòng)了一個(gè)虛擬機(jī)，需要4G內(nèi)存，給我4個(gè)房間唄。
物理機(jī)內(nèi)核：怎么又一個(gè)虛擬機(jī)啊，好吧，給你90,91,92,93四個(gè)房間。
虛擬化軟件轉(zhuǎn)頭給虛擬機(jī)內(nèi)核：哥們，內(nèi)存有了，0,1,2,3這個(gè)四個(gè)房間都是你的，你看，你是內(nèi)核嘛，獨(dú)占資源，從0編號(hào)的就是你的。
虛擬機(jī)內(nèi)核：看來(lái)我真的是內(nèi)核啊，能從頭開(kāi)始用。那好，我就在房間2的第三個(gè)柜子里面放個(gè)東西吧。
虛擬化軟件：要放東西啊，沒(méi)問(wèn)題。心里想：我查查看，這個(gè)虛擬機(jī)是90號(hào)房間開(kāi)頭的，他要在房間2放東西，那就相當(dāng)于在房間92放東西。
虛擬化軟件轉(zhuǎn)頭給物理機(jī)內(nèi)核：報(bào)告，管家，我上面的虛擬機(jī)要在92號(hào)房間的第三個(gè)柜子里面放個(gè)東西。
好了，說(shuō)完了CPU和內(nèi)存的例子，不細(xì)說(shuō)網(wǎng)絡(luò)和硬盤(pán)了，也是類似，都是虛擬化軟件模擬一個(gè)給虛擬機(jī)內(nèi)核看的，其實(shí)啥事兒都需要虛擬化軟件轉(zhuǎn)一遍。
這種方式一個(gè)壞處，就是慢，往往慢到不能忍受。
于是虛擬化軟件想，我能不能不當(dāng)傳話筒，還是要讓虛擬機(jī)內(nèi)核正視自己的身份，別說(shuō)你是內(nèi)核，你還真喘上了，你不是物理機(jī)，你是虛擬機(jī)。
但是怎么解決權(quán)限等級(jí)的問(wèn)題呢？于是Intel的VT-x和AMD的AMD-V從硬件層面幫上了忙。當(dāng)初誰(shuí)讓你們這些寫(xiě)內(nèi)核的大牛用等級(jí)這么奢侈，用完了0，就是3，也不省著點(diǎn)用，沒(méi)辦法，只好另起爐灶弄一個(gè)新的標(biāo)志位，表示當(dāng)前是在虛擬機(jī)狀態(tài)下，還是真正的物理機(jī)內(nèi)核下。
對(duì)于虛擬機(jī)內(nèi)核來(lái)講，只要將標(biāo)志位設(shè)為虛擬機(jī)狀態(tài)，則可以直接在CPU上執(zhí)行大部分的指令，不需要虛擬化軟件在中間轉(zhuǎn)述，除非遇到特別敏感的指令，才需要將標(biāo)志位設(shè)為物理機(jī)內(nèi)核態(tài)運(yùn)行，這樣大大提高了效率。
所以安裝虛擬機(jī)的時(shí)候，務(wù)必要將物理CPU的這個(gè)標(biāo)志位打開(kāi)，是否打開(kāi)對(duì)于Intel可以查看grep "vmx" /proc/cpuinfo，對(duì)于AMD可以查看grep "svm" /proc/cpuinfo
這叫做硬件輔助虛擬化。
另外就是訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)或者硬盤(pán)的時(shí)候，為了取得更高的性能，也需要讓虛擬機(jī)內(nèi)核加載特殊的驅(qū)動(dòng)，也是讓虛擬機(jī)內(nèi)核從代碼層面就重新定位自己的身份，不能像訪問(wèn)物理機(jī)一樣訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)或者硬盤(pán)，而是用一種特殊的方式：我知道我不是物理機(jī)內(nèi)核，我知道我是虛擬機(jī)，我沒(méi)那么高的權(quán)限，我很可能和很多虛擬機(jī)共享物理資源，所以我要學(xué)會(huì)排隊(duì)，我寫(xiě)硬盤(pán)其實(shí)寫(xiě)的是一個(gè)物理機(jī)上的文件，那我的寫(xiě)文件的緩存方式是不是可以變一下，我發(fā)送網(wǎng)絡(luò)包，根本就不是發(fā)給真正的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，而是給虛擬的設(shè)備，我可不可以直接在內(nèi)存里面拷貝給他，等等等等。
一旦我知道我不是物理機(jī)內(nèi)核，痛定思痛，只好重新認(rèn)識(shí)自己，反而能找出很多方式來(lái)優(yōu)化我的資源訪問(wèn)。
這叫做類虛擬化或者半虛擬化。
本文名稱：我是虛擬機(jī)內(nèi)核我困惑？！
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