[科普中国]-全虚拟化

在计算机科学中，全虚拟化（Full virtualization）是硬件虚拟化的一种，允许未经修改的客操作系统隔离运行。

简介硬件虚拟化对客操作系统隐藏了真实的硬件，虚拟机运行在一个架设在硬件或主机操作系统（英语：Host OS）之上的虚拟机监视器(VMM)中。对于全虚拟化，硬件特征会被映射到虚拟机上，这些特征包括完整的指令集、I/O操作、中断和内存管理等。在全虚拟化环境中，任何可以运行在裸机上的软件（通常是操作系统）都可以未经修改地运行在虚拟机中。相对地，半虚拟化（英语：Paravirtualization）则要求对客操作系统做出必要的更改，以适应VMM提供的半虚拟化API1。

全虚拟化基础实现一个比主机操作系统优先级更高的VMM或超级操作系统（英语：Super OS）是全虚拟化与1型虚拟化（英语：Type-1 virtualization）的基础。监视器或超级操作系统需要两个关键特性来提供并保护虚拟化环境：

操作系统无关的储存管理，可以为不同的虚拟环境（如Linux、Windows和嵌入式环境）提供资源，并保护这些环境不会被未经授权地访问；

虚拟化环境的切换，以向虚拟机分配物理计算资源。Intel VT-x与AMD-V的x86虚拟化和IBM在20世纪60年代末到70年代初的早期虚拟机有着不同的实现。

全虚拟化仅仅在波佩克与戈德堡虚拟化需求得以满足时才是可行的。

历史在大多数IBMSystem/360（IBM System/360-67是一个例外）和早期的IBM System/370是无法实现全虚拟化的。IBM于1972年在System/370上添加了实现虚拟化内存的硬件，从而实现了全虚拟化。

全虚拟化在早期的x86平台上也无法实现。直到2006年前后，AMD和Intel分别加入了AMD-V和Intel VT-x扩展（参见x86虚拟化）。Intel VT-x采用了保护环的实现方式，以恰当地控制虚拟机的内核模式特权。然而在此之前许多x86上的平台VMM已经非常接近于实现全虚拟化，甚至宣称支持全虚拟化。比如 Adeos、Mac-on-Linux、Parallels Desktop for Mac、Parallels Workstation、VMware Workstation、VMware Server、VirtualBox、Win4BSD和Win4Lin Pro。以VMware为例，它使用二进制翻译的技术，可以在运行时将x86软件中的一些可以“穿过虚拟机”的指令自动地翻译成对主机安全的指令。

关键技术全虚拟化技术应对的关键挑战是对有高特权操作的侦听和模拟，比如I/O操作。虚拟机中所有操作的副作用一定要限制在虚拟机之内——虚拟操作不可以修改其他虚拟机的状态、控制程序或是硬件。对于涉及对象完全受VMM管理的机器指令，可以直接在硬件上执行，例如内存地址和算数寄存器。其他一些指令可能会“穿过虚拟机”，即可以访问或影响状态信息或对虚拟机外产生影响，这些指令就不可以直接执行，它们必须被软中断之后由VMM模拟执行。

全虚拟化已被证实的成功之处有：

多用户之间共享系统

隔离用户（和控制程序）

模拟新硬件，提升可靠性、安全性和生产力

本词条内容贡献者为:

李嘉骞 - 博士 - 同济大学