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Xen半虚拟化技术综述

1、引言

现代计算机具有足够强大的能力来利用虚拟化技术支持多个虚拟机（VM:virtual

machines），并且在每个虚拟机上各自运行单独的操作系统实例。虚拟化技术并没有统一的

实现，从广义的角度讲，虚拟化包括硬件分区技术、平台模拟技术、完全虚拟化技术、半虚

拟化技术、基于容器的虚拟化技术、预虚拟化技术等。并且由于硬件虚拟化技术的支持，使

得虚拟化的发展更进一步。这些虚拟化技术中，在性能方面Xen的半虚拟化技术显得尤为

突出。

Xen是由英国剑桥大学发起的一个基于开源代码(OpenSource)的混合模型虚拟机系统，

支持同时运行100个虚拟机，最初Xen仅面向32位的X86体系结构进行设计开发，Xen3.0

之后开始支持64位的X86_64体系结构和Intel安腾架构(ItaniumArchitecture，IA64)，支持

IBM的PowerPC架构的版本正在开发中。

Xen最初设计为一个泛虚拟化（也称作半虚拟化）实现，要求修改客户机操作系统。其

引入了服务管理接口(Hypercall)和事件通道机制(EventChannel)，实质上修改了X86体系架

构。通过预先定义的客户机和用于资源管理的虚拟机监视器（VMM:VMmonitor）之间的内

存数据共享和交换机制，使得基于Xen架构的虚拟系统具有非常好的总体性能。与非虚拟

化环境相比，Xen本身的开销可以低至3%以下。

2、XEN虚拟化总体架构

Xen虚拟化架构如图2-1所示，监控程序(XenHypervisor)位于操作系统和硬件之间，运

行在在最高优先级(Ringo)上，为其上运行的操作系统内核（被称为GuestOS）提供虚拟化

的硬件环境。GuestOS内核运行在较低的优先级上(Ringl)，运行在GuestOS中的应用程序

还是运行在最低的优先级上(Ring3)。每一个GuestOS都运行在一个虚拟域(Domain)中，其

中有一个主控制域(被称为Domain0)，拥有对整个(或部分)物理系统资源的管理功能，并提

供对整个系统的管理平台，负责创建和删除其他的虚拟域(被称为DomainU)。Xen将虚拟域

分

虚拟域0（Dom0）虚拟域1（IDD）虚拟域2（DomU）虚拟域4（HVM）

设备管理器GustAppGustApp

3PGustAppGustApp3D

控制软件设备模型设备管理器

GustOSGustOSGustOSGustOS

（XenoLinux）（XenoLinux）（XenoLinux）（XenoLinux）

1P后端后端前端设备驱动1D

原生设备原生设备虚拟BIOS

设备驱动驱动设备驱动驱动前端设备驱动前端设备驱动

XenHypervisor(Xen)

0P0P

控制接口安全硬件接口事件通道VCPU虚拟MMU

硬件（物理CPU、物理内存、网络、块设备）

图2-1Xen体系结构

成四类：特权域（PrivlegedDomain，Dom0）、独立设备驱动域（IDD）、硬件虚拟域（HVM）、

非特权域（Unprivleged