内存虚拟化面临困难：

• 操作系统内存地址从0开始
• 操作系统要求内存地址是连续的

内存虚拟化解决方案：

hypervisor内存重映射

MMU内存虚拟化

1. direct page table

• guest and hypervisor共享页表
• 需要修改内核，不支持windows
• 广泛用于XEN linux32
• 优点：切换效率高
• 缺点：安全性必须通过审计保证
• 效率85%左右。

2. virtual TLB

• 不需要修改内核
• 相对简单
• 只能处理访问过的虚拟地址

3. shadow page table

• （hypervisor里面有一张影子列表）
• 不需要修改内核
• 效率较低

4. extended page table

• 硬件层操作，无需软件接入。95-99%性能。

学习了，笔记在哪看？

内存虚拟化挑战：

1. 操作系统要求内存从0开始

2. 操作系统要求内存地址连续

低段内存连续

管理更高效

使用superTLBS加速访问效率

内存重映射技术

MMU（内存管理单元）虚拟化技术

- Direct page table 直接页表

- Virtual TLB 虚拟TLB

- Shadow page table 影子页表

- Extended page table 硬件扩展页表

Direct page table

通过修改内核使Guest和Hypervisor共享同一张页表，使用段保护的方式对地址空间分段，让Guest无法访问Hypervisor的空间。这种技术广泛应用于XenLinux32，因为无需切换页表而相当高效，但安全性必须通过审计保证，且不支持Windows。

Virtual TLB

当Guest访问虚拟地址时触发page fault，Hypervisor通过分析得知是Guest的正常请求，于是将其翻译为Hypervisor的内存地址。该实现方案简单，但因为它只能缓存访问过的虚拟地址，因此效率非常低。

Shadow page table

在Guest内部有一张页表的同时，在Hypervisor中为其建立一张对应的转换表，即影子页表。影子页表的建立过程相对复杂（Guest访问虚拟内存，引发缺页异常，Hypervisor捕获并查询Guest中的页表，最终将Guest到Hypervisor的地址转换关系放入影子页表中）。该实现方案无需修改内核，但效率较低（相对物理机而言，XenLinux32的转换效率为84%左右，而XenLinux64仅为65%左右）。

Extend page table

CPU厂商引入硬件支持，完成虚拟机内存到物理机内存的转换，整个过程无需Hypervisor介入。而Hypervisor唯一需要做的就是在创建虚拟机时，将地址的映射关系放入CPU的某个寄存器当中。该实现方案的效率极高（相对物理机而言，使用4K页的转换效率可达95%以上，而使用2M页可达98%以上）。