虛きょ擬なずらえ化か

QEMU，一種いっしゅx86虛きょ擬なずらえ機器きき套件

在ざい計算けいさん機き技わざ术中なか，虛きょ擬なずらえ化か（技術ぎじゅつ）或ある虛きょ擬なずらえ技術ぎじゅつ（英語えいご：Virtualization）是ぜ一いち種しゅ資源しげん管理かんり技術ぎじゅつ，是これ将はた计算机つくえ的てき各種かくしゅ實體じったい资源（CPU、内うち存そん、磁盘空そら间、網あみ路ろ適てき配はい器き等ひとし），予よ以抽象ちゅうしょう、转换后きさき呈てい现出来でき並なみ可か供きょう分割ぶんかつ、組合くみあい為ため一個或多個電腦組態環境。由よし此，打破だは實體じったい結構けっこう間あいだ的てき不可ふか切きり割わり的てき障礙しょうがい，使用しよう戶ど可か以比原本げんぽん的てき組ぐみ態たい更さら好このみ的てき方式ほうしき來らい应用這些電腦でんのう硬かた體からだ资源。這些資源しげん的てき新しん虛きょ擬なずらえ部ぶ份是不ふ受現有げんゆう資源しげん的てき架設かせつ方式ほうしき，地域ちいき或ある物理ぶつり組ぐみ態たい所しょ限げん制せい。一般所指的虛擬化資源包括計算能力和資料儲存。

定てい义

由よし于目前まえ信しん息いき技わざ术领域的てき很多企くわだて业都曾在宣せん传中将ちゅうじょう该企业的某ぼう种技术称为虚きょ拟化技わざ术，这些技わざ术涵盖的范围可か以从Java虚きょ拟机技わざ术到系けい统管理かんり软件，这就使し得とく准じゅん确的界かい定てい虚きょ拟技术变得え困こま难。因よし此各种相关学がく术论文ぶん在ざい谈到虚きょ拟技术时常常つねづね提ひっさげ到いた的てき便びん是ぜ如前面めん所しょ提ひっさげ到いた的てき那な个不严格的てき定てい义。

虚きょ拟技术：计算机つくえ资源的てき重おも新しん分配ぶんぱい

历史

虚きょ拟化技わざ术起源げん于20世せい纪60年代ねんだい末まつ，美国びくにIBM公司こうし当とう时开发了一いち套被称しょう作さく虚きょ拟机监视器き（Virtual Machine Monitor）的てき软件，该软件けん作さく为计算さん机つくえ硬かた件けん层上面めん的てき一层软件抽象层，将はた计算机つくえ硬かた件けん虚きょ拟分割ぶんかつ成なり一个或多个虚きょ拟机，并提供ていきょう多用たよう户对大型おおがた计算机つくえ的てき同どう时、交互こうご访问。

虚きょ拟化技術ぎじゅつ的てき类别

按虛擬なずらえ的てき對象たいしょう分類ぶんるい

• 硬かた件けん虚きょ拟化
• 虚きょ拟机（Virtual machine或あるVM），可か以像真ま实机器き一样运行程序的计算机的软件实现
  • 平台ひらだい虚きょ拟化，将はた操作そうさ系けい统和硬かた件けん平台ひらだい资源分割ぶんかつ开
    • 完全かんぜん虚きょ拟化，敏感びんかん指令しれい在ざい操作そうさ系けい统和硬かた件けん之の间被捕捉ほそく处理，客きゃく户操作そうさ系けい统无需修改あらため，所有しょゆう软件都と能のう在ざい虚きょ拟机中ちゅう运行，例れい如IBM CP/CMS，VirtualBox，VMware，QEMU
    • 硬かた件けん辅助虚きょ拟化，利用りよう硬かた件けん（主要しゅよう是ぜCPU）辅助处理敏感びんかん指令しれい以实现完全ぜん虚きょ拟化的てき功こう能のう，客きゃく户操作そうさ系けい统无需修改あらため，例れい如VMware，Xen，KVM，Hyper-V
    • 部分ぶぶん虚きょ拟化，针对部分ぶぶん应用程ほど序じょ进行虚きょ拟，而不是ぜ整せい个操作そうさ系けい统
    • 準じゅん虛きょ擬なずらえ化か/超ちょう虚きょ拟化（paravirtualization），为作業さぎょう系統けいとう提ひさげ供与きょうよ底そこ层硬件けん相似そうじ但ただし不ふ相あい同どう的てき软件接せっ口こう，客きゃく户操作そうさ系けい统需要よう进行修おさむ改あらため。例れい如Xen的てき半虛デミホロウ擬なずらえ化か模も式しき，Hyper-V，KVM的てきVirtIO。
    • 操作そうさ系けい统级虚きょ拟化，使つかい操作そうさ系けい统内核かく支持しじ多用たよう户空间实体たい，例れい如Parallels Virtuozzo Containers、OpenVZ、LXC以及类Unix系けい统上的てきchroot，Solaris上じょう的てきZone，FreeBSD上じょう的てきFreeBSD jail。
  • 应用程ほど序じょ虚きょ拟化，在ざい操作そうさ系けい统和应用程ほど序じょ间建立こんりゅう虚きょ拟环境さかい
    • 便びん携式应用程ほど序じょ，允まこと许程序じょ在ざい便びん携式设备中ちゅう运行而不用よう在ざい操作そうさ系けい统中安なかやす装そう
    • 跨またが平台ひらだい虚きょ拟化，允まこと许针对特定とくていCPU或ある者もの操作そうさ系けい统的软件不ふ做修改あらため就能运行在ざい其他平台ひらだい上じょう，例れい如Wine
    • 虚きょ拟设备，运行于虚拟化平台ひらだい之これ上じょう，面めん向こう应用的てき虚きょ拟机映像えいぞう
    • 模かたぎ拟器
• 虚きょ拟内存そん，将はた不ふ相あい邻的内ない存そん区く，甚至硬かた盘空间虚拟成统一连续的内存地址
• 存そん储虚拟化，将はた实体存そん储空间（如硬盘）分ぶん隔へだた成なる不同ふどう的てき逻辑存そん储空间
• 网络虚きょ拟化，将はた不同ふどう网络的てき硬かた件けん和わ软件资源结合成ごうせい一いち个虚拟的整体せいたい
  • 虚きょ拟专用よう网络（VPN），在ざい大型おおがた网络（通常つうじょう是ぜInternet）中ちゅう的てき不同ふどう计算机つくえ（节点）通どおり过加密みつ连接而组成なり的てき虚きょ拟网络，具有ぐゆう类似局きょく域いき网的功こう能のう
  • 存そん储器虚きょ拟化，将はた网络系けい统中的てき随ずい机つくえ存そん储器聚合起おこり来らい，形成けいせい统一的虚拟内存池
• 桌面虚きょ拟化，在ざい本地ほんじ计算机つくえ显示和わ操作そうさ远程计算机つくえ桌面，在ざい远程计算机つくえ执行程こうてい序じょ和わ储存信しん息いき
• 数かず据すえ库虚拟化
• 软件虚きょ拟化
• 服ふく务虚拟化
• 数かず据すえ虚きょ拟化 (data virtualization), 数かず据すえ虚きょ拟化是ぜ一种统一来自多个来源的数据的方法，这样应用程ほど序じょ，报告工具こうぐ和わ最さい终用户就可か以访问数据すえ，而不需要じゅよう有ゆう关原始げんし来らい源げん，位置いち和わ数すう据すえ结构的てき详细信しん息いき。

按照抽象ちゅうしょう程度ていど分類ぶんるい

虚きょ拟技术按抽象ちゅうしょう程度ていど来らい分ぶん为五个层次じ

按照抽象ちゅうしょう程度ていど的てき不同ふどう，常常つねづね把わ虚きょ拟技术分为五个层次じ：

指令しれい集しゅう架か構等級とうきゅう的てき虛きょ擬なずらえ化か（Instruction Set Architecture Level）

指令しれい集しゅう架か構的虛きょ擬なずらえ化か是ぜ透過とうか軟體來らい模擬もぎ不同ふどう架か構的處理しょり器き、記憶きおく體たい、匯流排はい、磁碟控ひかえ制せい卡、計時けいじ器き等とう多た個こI/O設備せつび，軟體會かい將はた虛きょ擬なずらえ機き所しょ發出はっしゅつ的てき指令しれい轉換てんかん為本ためもと機き可か以操作そうさ的てき指令しれい在ざい現有げんゆう的てき硬かた體たい上じょう執行しっこう。這種等級とうきゅう的てき虛きょ擬なずらえ化か對たい於模擬もぎ相しょう同どう處理しょり器き架か構的平台ひらだい可か以提供ていきょう很好的てき相しょう容よう性せい，例れい如︰x86架か構、Sparc架か構、Alpha架か構。

若わか主おも機き處理しょり器き可か以執行しっこう由よし虛きょ擬なずらえ機き轉換てんかん出來でき的てき指令しれい，或ある是ぜ使用しよう相しょう同どう的てき指令しれい集しゅう來らい完成かんせい任務にんむ，那な就表示ひょうじ除じょ了りょう處理しょり器き以外いがい的てき作業さぎょう系統けいとう、I/O設備せつび皆みな可か不ふ受特定平さだへい台所だいどころ綁定，但ただし由よし於虛擬なずらえ機き的てき每ごと條じょう指令しれい都と必須ひっす透過とうか軟體來らい模擬もぎ，所以ゆえん在ざい效能こうのう會かい有ゆう較大程度ていど的てき耗損。

這個分類ぶんるい底そこ下か代表だいひょう性せい的てき有ゆうBochs以及QEMU。

硬かた體からだ抽象ちゅうしょう層そう等級とうきゅう的てき虛きょ擬なずらえ化か（Hardware Abstraction Level）

硬かた體からだ抽象ちゅうしょう層そう等級とうきゅう的てき虛きょ擬なずらえ化か是ぜ由ゆかり虛きょ擬なずらえ機器きき監視かんし器き來らい隱かくれ藏ぞう不同ふどう廠しょう商しょう的てき處理しょり器き、記憶きおく體たい、晶あきら片へん組ぐみ…等とう特徵とくちょう，為ため這些虛きょ擬なずらえ機器きき提供ていきょう抽象ちゅうしょう與あずか統一とういつ的てき虛きょ擬なずらえ平台ひらだい。運行うんこう此平台だい的てき電腦でんのう稱しょう之の為ため主體しゅたい機器きき（Host Machine），而在此平台だい中ちゅう運うん作さく的てき虛きょ擬なずらえ機き稱しょう為ため客體かくたい機器きき（Guest Machine），

目前もくぜん大だい多數たすうx86平台ひらだい的てき商業しょうぎょう電腦でんのう都と在ざい使用しよう這種虛きょ擬なずらえ化か，最さい主要しゅよう是ぜ由よし於現今こん處理しょり器き廠しょう商しょう提供ていきょう了りょう硬かた體からだ輔助虛きょ擬なずらえ化か技術ぎじゅつ，例れい如︰第だい三さん世代せだい的てきIntel VT-d、AMD-Vi皆みな提供ていきょう虛きょ擬なずらえ機き直接ちょくせつ記憶きおく體たい存そん取と（Direct Memory Access）以及對たい各種かくしゅPCI介かい面めん的てき直接ちょくせつ存そん取と功こう能のう（PCI passthrough）。

這個分類ぶんるい底そこ下か代表だいひょう性せい的てき有ゆうVMware ESXi、Hyper-V、以及Citrix。

作業さぎょう系統けいとう等級とうきゅう的てき虛きょ擬なずらえ化か（Operating System Level）

硬かた體からだ抽象ちゅうしょう層そう等級とうきゅう的てき虛きょ擬なずらえ化か中ちゅう的てき全ぜん虛きょ擬なずらえ化か與あずか作業さぎょう系統けいとう底そこ層間そうかん有ゆう非常ひじょう高だか的てき隔離かくり能力のうりょく，支援しえん不同ふどう的てき作業さぎょう系統けいとう，安あん裝そう後ご不ふ須要しゅよう重おも新しん啟けい動どう主ぬし機き、或ある修おさむ改あらため開ひらき機き程ほど式しき（Boot Loader）以達到いた雙そう系統けいとう的てき目的もくてき，風ふう險けわし低てい、維護簡單かんたん。由よし於此等級とうきゅう的てき虛きょ擬なずらえ機き可か以訪問ほうもん底そこ層そう作業さぎょう系統けいとう，因いん此使用しよう者しゃ必須ひっす花はな費ひ大量たいりょう的てき時間じかん來らい安あん裝そう與あずか設定せってい虛きょ擬なずらえ機器きき，接せっ著ちょ才能さいのう開始かいし評ひょう估或測はか試ためし所しょ需運作さく的てき軟體，這些設定せってい包含ほうがん了りょう作業さぎょう系統けいとう的てき安あん裝そう、安全あんぜん性せい或ある相あい容よう性せい軟體的てき更新こうしん、網あみ路ろ、系統けいとう調ちょう校こう…等とう，如果所しょ需的作業さぎょう系統けいとう與あずか底そこ層そう作業さぎょう系統けいとう相しょう同どう，那な麼其實じつ它們所作しょさ的てき跟實際じっさい上安かみやす裝そう一台實體機器沒有什麼區別。

作業さぎょう系統けいとう內核虛きょ擬なずらえ化か可か以最大さいだい限度げんど的てき減少げんしょう新しん增ぞう虛きょ擬なずらえ機き的てき所しょ需，在ざい這個等級とうきゅう的てき虛きょ擬なずらえ機器きき共用きょうよう實體じったい主ぬし機上きじょう的てき硬かた體からだ以及作業さぎょう系統けいとう，呈てい現げん彼此ひし獨立どくりつ且隔離かくり的てき虛きょ擬なずらえ機き環境かんきょう。

應用おうよう軟體的てき環境かんきょう是ぜ由よし作業さぎょう系統けいとう、函はこ式しき庫こ、相あい依よ性せい軟體、特定とくてい於系統けいとう的てき資料しりょう結構けっこう或ある檔案系統けいとう，例れい如︰NTFS或あるExt4，以及其他環境かんきょう設定せってい所しょ組成そせい。如果這些都と保持ほじ不變ふへん，應用おうよう軟體很難發現はつげん與あずか真實しんじつ環境かんきょう的てき區別くべつ。這是所有しょゆう作業さぎょう系統けいとう等級とうきゅう虛きょ擬なずらえ化か的てき關せき鍵かぎ想そう法ほう。

這個分類ぶんるい底そこ下か代表だいひょう性せい的てき有ゆうDocker、LXC和わOpenVZ。

程ほど式しき語ご言げん等級とうきゅう的てき虛きょ擬なずらえ化か（Programming Language Level）

傳統でんとう電腦でんのう是ぜ由ゆかり指令しれい集しゅう架か構所ところ驅動くどう的てき一いち種しゅ機械きかい語ご言げん，硬かた體からだ的てき操作そうさ由よし特殊とくしゅ的てきI/O指令しれい處理しょり，也可以透過とうか區く塊かたまり映うつ射い（Mapping）來らい操作そうさ記憶きおく體たい，此等級きゅう的てき虛きょ擬なずらえ化か會かい將はた高階たかしな語ご言げん轉てん譯やく成なり一いち種しゅ名めい為ため位い元もと組ぐみ碼的まと語ご言げん，透過とうか虛きょ擬なずらえ機器きき轉てん譯やく成なり為ため可か以直接ちょくせつ執行しっこう的てき命令めいれい。跨またが作業さぎょう系統けいとう平台ひらだい、跨またが語ご言げん皆みな為ため其優點てん。

這個分類ぶんるい底そこ下か代表だいひょう性せい的てき有ゆうOracle Java、Microsoft . NET、Parrot。

函はこ式しき庫こ等級とうきゅう的てき虛きょ擬なずらえ化か（Library Level）

大だい部分ぶぶん的てき應用おうよう程ほど式しき都と是ぜ使用しよう由よし許多きょた函はこ式しき庫こ組成そせい的てきAPI（Application Programming Interface）來らい設計せっけい，使用しよう動態どうたい連結れんけつ的てき方式ほうしき用よう於隱藏ぞう作業さぎょう系統けいとう的てき細ほそ節ぶし，目的もくてき是ぜ提供ていきょう程ほど式しき設計せっけい師し更さら簡單かんたん的てき工作こうさく。這也產さん生せい了りょう一種新的虛擬化方式，使用しよう不同ふどう的てきAPI與あずか不ふ同どう作業さぎょう系統けいとう底そこ層そう的てきABI（Application Binary Interface）來らい進行しんこう模擬もぎ的てき工作こうさく。

這個分類ぶんるい底そこ下か代表だいひょう性せい的てき有ゆうWine以及WSL（Windows Subsystem for Linux）。

虚きょ拟化技術ぎじゅつ的てき应用

• 服ふく务器整合せいごう
• 沙すな盒（Sandboxing）
• 多た运行环境
• 多た操作そうさ系けい统
• 测试和わ性能せいのう监视
• 应用整合せいごう
• 虚きょ拟硬件けん
• 软件移植いしょく
• 系けい统可管理かんり性せい
• 测试/质量保ほ证

参考さんこう文献ぶんけん

• Susanta Nanda, Tzi-cker Chiueh, "A Survey on Virtualization Technologies";
• R.P.Goldberg, "Survey of Virtual Machine Research", Computer, June 1974, pp.34-45;
• G.J.Popek, R.P.Goldberg, "Formal Requirements for Virtualizable Third Generation Architectures," Comm.ACM, Vol.17, Nr.7, July 1974, pp.412-421;
• Joba Yeh (2018). "Research on Big Data Analysis Platform and Services", NDLTD in Taiwan, August 2018, pp.16-22.

相あい关条目め

• 虚きょ拟化发展时间线
• 硬かた件けん虚きょ拟化
  • x86虚きょ拟化
• 虚きょ拟机
  • 虚きょ拟机监视器き
  • VMware
  • Hyper-V
  • KVM
  • VirtualBox
  • Virtual PC
• 软件虚きょ拟化
• 服ふく务虚拟化
• 虚きょ拟设备
• Docker

外部がいぶ链接

• 进入美妙びみょう的てき虚きょ拟世界かい—虚きょ拟系统探秘ひ
• An introduction to Virtualization （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）
• VMware虚きょ拟技术白皮がわ书（英文えいぶん） （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）