什么是半虚拟化？定义和用途

虚拟化是驱动全球数字基础设施的核心概念和技术。从虚拟桌面到云端虚拟机，虚拟化可最大限度地利用物理硬件和软件资源，造福许多行业。

半虚拟化是一种虚拟化技术，许多专家认为它是最先进的技术，而且越来越受欢迎。让我们来看看这种技术是什么、它是如何工作的、它面临的挑战和优势，以及它与其他类型的虚拟化有何不同。

什么是半虚拟化？

半虚拟化是一种虚拟化，其中客户操作系统(OS)（安装在虚拟机 (VM)上的操作系统）经过修改，使客户操作系统和虚拟机管理程序能够通信和管理资源，从而创建协作环境。客户操作系统和虚拟机管理程序之间的这种协作可以提高性能和效率。

因此，半虚拟化中的虚拟机并非完全隔离，因为它们共享资源，并可以根据需要调整其使用方式。与完全虚拟化（虚拟机管理程序分配给虚拟机的资源是固定的并模拟真实的物理设备）相反，在半虚拟化中，分配的资源不是固定的，而是灵活的。

半虚拟化管理程序是全虚拟化管理程序的更高级版本，因为它们不仅可以分配和管理资源，还可以代表客户操作系统执行某些服务。

半虚拟化如何工作？

半虚拟化之所以能够实现，得益于经过修改的操作系统，该操作系统旨在直接与管理虚拟机的虚拟机管理程序进行通信。此通信通过超级调用（客户操作系统用来向虚拟机管理程序请求服务的指令）完成。

您可以想象虚拟机管理程序充当客户操作系统和物理硬件之间的中间人，物理硬件将分配给客户操作系统运行的虚拟机。虚拟机管理程序作为软件层位于资源和客户操作系统之间。

与完全虚拟化一样，虚拟机管理程序负责管理数据中心、服务器或设备的物理资源，并将其分配给客户操作系统。但在半虚拟化中，由于操作系统可以通过超级调用与虚拟机管理程序通信，因此它可以“按需”请求资源。

这种灵活的方法允许客户操作系统根据需要进行扩展或缩小，并更好地管理资源，同时提高性能和安全性。客户操作系统甚至可以要求虚拟机管理程序代表其执行某些进程或服务，减轻其执行耗费资源和时间的任务的负担，从而提高其性能。

例如，客户操作系统可能会向虚拟机管理程序发出超级调用，请求访问更多内存来执行特定任务。虚拟机管理程序收到请求，但不会为客户操作系统分配更多内存，而是代表操作系统执行操作。

什么是完全虚拟化？

完全虚拟化通常简称为虚拟化。在完全虚拟化中，用户使用虚拟机管理程序创建虚拟机，并将所有资源（硬件和软件）分配给虚拟机。与半虚拟化相反，客户操作系统无需修改即可与虚拟机管理程序协作。

在完全虚拟化中，每个虚拟机都与其他虚拟机完全隔离，并且完全独立。这种虚拟化模型中的虚拟机不会共享资源，除非配置为共享。这使得完全虚拟化具有高度的可移植性和隔离性。然而，它并不被认为是性能最佳的虚拟化结构。

什么是部分虚拟化？

在部分虚拟化中，虚拟机管理程序不会为每个虚拟机模拟整个硬件环境。相反，它提供硬件的部分模拟，例如 CPU 和内存。这允许虚拟机直接在物理硬件上运行，从而可以提高性能。

部分虚拟化环境的性能往往优于完全虚拟化环境；但是，它们不那么独立、安全或可移植。

半虚拟化、完全虚拟化和部分虚拟化：快速图表

让我们快速了解一下半虚拟化、完全虚拟化和部分虚拟化之间的主要区别，重点关注客户操作系统的修改、隔离、性能、安全优势等。

半虚拟化的理想用途

半虚拟化的潜力和灵活性使其成为可应用于许多行业和用例的理想技术。

云计算：谷歌、IBM、亚马逊、微软和其他顶级供应商都利用半虚拟化来更好地最大化其云计算环境，提高效率，并提高可扩展性和性能。正是由于这种虚拟化模型，数亿用户可以无缝访问云及其广泛的服务和功能。

IT 和移动：众所周知，工作量大、性能要求高的大 IT 和移动行业公司会部署半虚拟化环境来改善运营、可靠性和弹性。

高性能计算行业：从国防到制药和其他行业，需要操作高性能计算环境的组织通常会研究半虚拟化，以减少其虚拟基础设施中虚拟机管理程序的开销。

遗留系统：通过半虚拟化，行业和公司可以在现代硬件上运行遗留系统，而无需修改遗留系统本身。

研究和开发：半虚拟化可用于研究和开发环境，以试验新的操作系统和应用程序，而无需修改底层硬件。

安全和隐私：半虚拟化还用于增强网络安全和隐私，特别是在与灾难恢复解决方案相关的问题上。

软件开发：半虚拟化为 DevSecOps 团队提供了完美的数字环境来构建、测试、部署和监控他们的软件、API、代码或应用程序。

半虚拟化的优势

半虚拟化为组织提供了许多优势，包括提高性能、适应性和安全性。

表现

半虚拟化客户操作系统的性能优于完全虚拟化系统，因为它们不需要依赖虚拟机管理程序来模拟硬件。相反，它们可以直接与虚拟机管理程序通信以请求服务。这可以减少延迟并提高整体性能。

然而，值得注意的是，性能始终取决于正确的设置、配置和管理。

资源和可扩展性

半虚拟化操作系统还可用于通过虚拟机管理程序高效管理共享资源，从而最大程度地利用资源。这些特性可用于支持高性能计算流程，并在需要时进行扩展或缩减。

安全

虽然半虚拟化不提供完全的逻辑集成，但它仍然提供了良好的隔离级别以增强安全性。虚拟机管理程序可以监视和控制客户操作系统对硬件资源的访问，这有助于防止恶意软件或请求访问未经授权的资源。

半虚拟化挑战

半虚拟化的挑战主要是技术性的，需要专业知识来部署和管理，以及解决复杂的兼容性问题。

技术要求

部署、管理、操作和监控半虚拟化客户操作系统需要高级技术技能，而这恰恰是当前市场所缺乏的。如果配置不当，半虚拟化操作系统将无法正常运行，并可能带来风险。

可移植性和兼容性

此外，由于半虚拟化共享资源，因此不像其他类型的虚拟化架构那样具有可移植性。对于未经培训的专业人员来说，修改操作系统以使其与虚拟机管理程序协作也是一项挑战。最后，并非所有客户操作系统都支持半虚拟化，并且对这些环境进行故障排除可能很棘手。

结论

顶级云提供商和领先公司选择使用半虚拟化的原因有很多。虽然半虚拟化并不适合每个人或每种用例，但它是一种强大的虚拟化技术，可以提供许多好处，包括提高性能、效率、可扩展性、安全性和降低开销。最终，您选择使用半虚拟化、完全虚拟化还是部分虚拟化将取决于您组织的特定需求、预算和基础设施。