第七讲：内存虚拟化

　　一、内存虚拟化的产生

　　内存虚拟化的产生源于VMM与客户系统在对物理内存的认识上存在冲突，造成物理内存真正拥有者-VMM必须对系统访问的内存进行一定程度上的虚拟化。

　　先看非虚拟化环境：　　

　　·指令对内存的访问通过处理器来转发>>>>处理器将解码后的请求放到总线上>>>>芯片组负责转发。

　　为了唯一标示，处理器将采用统一编址的方式将物理内存映射成为一个地址空间（物理地址空间）。

　　　　1）操作系统会假定内存地址从0开始。

　　　　2）内存是连续的或者说在一些大的粒度（比如 256M）上连续。

　　　　在虚拟环境里，VMM就要模拟使的虚拟出来的内存仍符号客户机 OS 对内存的假定和认识，内存虚拟化要解决哪些问题呢？

　　　　a.物理内存要被多个客户OS同时使用，但物理内存只有1个，地址0也只有一个，无法满足同时从0开始的要求。

　　　　b.由于使用内存分区方式，物理内存分给多个系统使用，客户机OS内存连续性可解决但不灵活。

　　　　要解决以上问题引入了一层新的地址空间---客户机物理地址空间来解决让虚拟机OS 看到一个虚拟的物理地址，让VMM 负责转化成物理地址给物理处理器执行。

 　　

　　VMM需要做哪些事情呢？

　　1）给定一个虚拟机，维护客户机物理地址到宿主机物理地址之间的映射关系。

　　2）截获虚拟机对客户机物理地址的访问，将其转化为物理地址。

　　二、内存虚拟化

　　·内存全虚拟化技术

　　通过使用影子页表（Shadow Page Table）实现虚拟化。

　　VMM 为每个Guest 都维护一个影子页表，影子页表维护虚拟地址（VA）到机器地址（MA）的映射关系。而Guest页表维护VA到客户机物理地址（GPA）的映射关系。

　　当VMM捕获到Guest 页表的修改后，VMM 会查找负责GPA 到MA 映射的P2M 页表或者哈希函数，找到与该GPA对应的MA，再将MA填充到真正在硬件上起作用的影子页表，从而形成 VA 到 MA 的映射关系。而 Guest 的页表则无需变动。

 　　

　　·内存半虚拟化技术

　　通过使用页表写入法实现虚拟化

　　Guest OS 在创建一个新的页表时，会向VMM注册该页表。之后在 Guest 运行的时候，VMM 将不断的管理和维护这个表，使Guest 上面的程序能直接访问到合适的地址。

　　·内存硬件辅助虚拟化技术

　　通过扩展页表EPT（extended page table）实现虚拟化。

　　EPT通过使用硬件虚拟化技术，使其能在原有的页表的基础上，增加一个EPT页表，用于记录GPA到MA的映射关系。VMM预先把EPT页表设置到CPU中。

　　Guest 修改Guest 页表，无需VMM干预。地址转换时，CPU 自动查找两张页表完成 Guest 虚拟地址到机器地址的转换，从而降低整个内存虚拟化所需的开销。