操作系统-虚拟机（传统计算机 虚拟机 两类VMM对比 指令等级 特权与敏感）

传统计算机

传统物理机只有一个操作系统
两个进程在一个操作系统上运行会存在一些隐患（相互影响 争夺资源等）
解决方法：如果各个进程在不同操作系统）（不同物理机），那就不存在这些隐患了。但这样浪费了物理机的硬件资源，因为一个物理机可能可以运行多个进程

虚拟机

第一类是VMM管理硬件资源，把硬件资源分配给各个虚拟机
单核CPU可以通过划分时间片从而不同虚拟机对应不同时间片使用，这样看来就是一个独立CPU（其实就是讲CPU的某些时间片分配给虚拟机而已）磁盘和内存都是划分区域给不同虚拟机
VMM运行在内核态，可以使用特权指令，虚拟机的内核态和用户态运行在客户态
虚拟机的操作系统以为自己在内核态，当其使用特权指令时，会被VMM截获，然后VMM会将该特权指令进行等价转换，使得虚拟机以为自己执行成功了，

第二类是VMM是作为一个进程运行在操作系统上，VMM需要向操作系统请求分配硬件资源，然后VMM进行再分配。硬件资源的管理者依然是宿主操作系统

注意两类虚拟机的运行都是相当于宿主机的一个进程

VMM的对比

资源分配方式：第一类直接得到物理地址，划分分配给虚拟机后虚拟成其虚拟机的虚拟地址，第二类VMM会向Host OS申请一个大的虚拟空间，这个再去划分分配给各个虚拟机（内外存都是虚拟地址的），然后虚拟机将得到的这个虚拟地址（虚拟机将这个看为物理地址，所以还需转为虚拟地址）还需虚拟一次为其虚拟机所认为的虚拟地址

支持的虚拟机数量：第一类没有宿主操作系统，也没有宿主操作系统的进程，完全是运行各个进程虚拟机，所以虚拟机占用大部分硬件资源，支持更多的虚拟机。第二类宿主操作系统和宿主操作系统的进程都需要硬件资源，所以虚拟机可利用的虚拟资源相对来说较少，自然支持的虚拟机数量更少

可迁移性：第一类虚拟机是获得物理地址的，如果迁移到别的VMM，其相关的物理地址要求比较繁琐。而第二类虚拟机是获得宿主操作系统分配的虚拟地址的，这个要求比较容易满足。

运行模式：第一类假设VMM在ring0，虚拟机操作系统在ring1，虚拟机用户空间在ring2，此时根据指令类型跳转到不同地方执行，此时可以认为将特权指令分为ring1和ring0，将不敏感指令防在ring1（对虚拟机操作系统做相关要求即可实现ring1指令会跳转到虚拟操作系统执行），敏感指令放在ring0，这样对于跳转到VMM的指令就比较少了，同时切换VMM次数自然也就少了。第二类VMM一部分在内核一部分在用户，此时系统调用类似套娃，虚拟机应用呈现发出系统调用后转换到虚拟机内核态，虚拟机操作系统再将该系统调用给VMM，VMM再向宿主操作系统请求。

支持虚拟化的CPU通常分更多指令等级（特权 敏感）

特权指令通常包括敏感指令。

在虚拟化技术中，特权指令和敏感指令都是与CPU的运行权限和资源管理紧密相关的概念。具体来说：

特权指令：是指那些只能在最高特权级别（通常是内核模式或环0）执行的指令。这些指令能够访问和操作计算机的关键资源，如内存管理单元、I/O设备等。
敏感指令：是指在虚拟化环境中，虚拟机监视器（VMM）需要捕获并模拟的指令，以便客户操作系统能够在没有直接访问硬件的情况下运行。
在大多数情况下，敏感指令确实是特权指令，因为它们通常涉及到对关键系统资源的访问和管理。例如，对于RISC处理器（如MIPS、PowerPC、SPARC），敏感指令是特权指令的一部分。然而，在x86架构中，虽然绝大多数敏感指令是特权指令，但也存在一些敏感而非特权的指令，这些指令在执行时不会自动触发陷阱（Trap）被VMM捕获。

总的来说，特权指令和敏感指令在虚拟化技术中都扮演着重要的角色，它们确保了系统的安全性和稳定性。