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1.1.1 陷入和模拟模型
为了满足Gerald J.Popek和Robert P.Goldberg提出的虚拟化的3个条件,一个典型的解决方案是陷入和模拟(Trap and Emulate)模型。
一般来说,处理器分为两种运行模式:系统模式和用户模式。相应地,CPU的指令也分为特权指令和非特权指令。特权指令只能在系统模式运行,如果在用户模式运行就将触发处理器异常。操作系统允许内核运行在系统模式,因为内核需要管理系统资源,需要运行特权指令,而普通的用户程序则运行在用户模式。
在陷入和模拟模型下,虚拟机的用户程序仍然运行在用户模式,但是虚拟机的内核也将运行在用户模式,这种方式称为特权级压缩(Ring Compression)。在这种方式下,虚拟机中的非特权指令直接运行在处理器上,满足了虚拟化标准中高效的要求,即大部分指令无须VMM干预直接在处理器上运行。但是,当虚拟机执行特权指令时,因为是在用户模式下运行,将触发处理器异常,从而陷入VMM中,由VMM代理虚拟机完成系统资源的访问,即所谓的模拟(emulate)。如此,又满足了虚拟化标准中VMM控制系统资源的要求,虚拟机将不会因为可以直接运行特权指令而修改宿主机的资源,从而破坏宿主机的环境。