什么是虚拟化技术？虚拟化技术有哪些分类和方法？
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自从虚拟化被提出以来，虚拟化技术的分类有很多种；什么是虚拟化技术？我们来看看它的分类和方法。
今天，发达国家设计，制造加工技术一般包括CAD；计算机辅助制造计算机辅助工程采用计算机模拟，企业管理科学化、规范化管理。
为此，快速制造系统；并行工程；目前主要追捧计算机集成制造系统等技术和方法。
最近几年，从虚拟机的大规模使用到成功案例的出现，虚拟化技术越来越注重激励制造企业优化IT基础设施、促进业务创新。
与业务一起掌握新技术；探索发展先进制造系统和先进制造模式。
虚拟化主要应用于生产信息创建的IT集成和降低成本虽然目前已使用，但在其他领域很少见。
事实上，由于虚拟化技术的特点，其远程办公的应用价值；它可用于虚拟制造和生产操作。
它可以反映工业控制的各个领域。
本文主要回顾虚拟化技术的现状及其在制造业中的应用。
提出了制造业虚拟化的应用框架，并向相关人员介绍了该领域的应用研究进展和发展趋势。
1虚拟化技术
虚拟化是指采用虚拟化技术后，创建程序或软件运行所需的运行环境。
程序或软件的执行不再具有对底层计算资源的独占访问权。
在完全相同的物理计算资源上运行，其底层效果可能与之前运行的计算配置完全不同。
虚拟化的主要目的是简化IT基础设施和资源的管理方式。
虚拟化的用户是最终用户；应用程序；操作系统；访问资源或使用资源也许还有其他互动服务。
虚拟化可以减少用户和资源之间的耦合，因此用户不再依赖特定资源的实现并手动管理，对消费者管理影响很小。
它可以半自动化或通过服务级别协议进行管理。
)等实现资源管理；
1.1虚拟化的分类
从虚拟化的目的来看，虚拟化技术主要分为以下几类：
（1）平台虚拟化（PlatformVirtualization）是针对计算机和操作系统的虚拟化，它分为服务器虚拟化和桌面虚拟化。
服务器虚拟化是虚拟化的一种形式，它通过确定资源优先级并将服务器资源分配给需要它们的工作负载，减少为各个工作负载保留的资源，从而简化管理并提高性能。
桌面虚拟化提高了人们对计算机的控制；一种虚拟化模式，降低计算的复杂性，为用户提供更加方便易用的环境。
平台虚拟化、CPU虚拟化、主要通过内存虚拟化和I/O接口虚拟化来实现。
(2)资源虚拟化（ResourceVirtualization）；存储虚拟化；针对特定计算资源的虚拟化，例如网络资源虚拟化；存储虚拟化是指将操作系统分布在内部存储器和外部存储器之间，并将两者结合起来形成虚拟存储器。
网络资源虚拟化最常见的例子是网格计算，它使用虚拟化技术来管理网络上的数据，逻辑上将其作为一个系统呈现给用户，并提供针对用户和应用程序量身定制的服务。
同时还提供简单的共享和对基础设施的访问。
现在，一些研究人员认为，盖亚，人们提出使用软件代理技术来虚拟化计算机网络空间资源，例如NetChaser[21]和SpatialAgent。
(3)应用程序虚拟化（ApplicationVirtualization）；插图插图包括解释技巧等。
Java虚拟机通常在应用层虚拟化。
基础应用层的虚拟化技术通过保存用户自身计算环境的配置信息，可以在任何计算机上重现用户自己的计算环境。
服务虚拟化是近年来的研究热点。
避免了服务资源使用的复杂性，让用户更容易直接映射业务需求。
虚拟服务的专业服务资源。
现代软件架构及其结构通过在应用层构建虚拟模型来约束软件开发生命周期。
优化发展；可提供测试和运行环境。
(4)表示层虚拟化。
应用程序虚拟化与应用程序虚拟化类似，但不同的是，表示层的应用程序虚拟化运行在服务器上，而客户端只显示应用程序的UI界面和用户操作。
表示层虚拟化软件主要包括MicrosoftWindows远程桌面（包括终端服务）；包括CitrixMetaframe演示服务器和SymantecPcAnywhere。
1.2虚拟化方法
虚拟化一般通过控制程序隐藏计算平台的实际物理特征，为用户提供抽象、平台虚拟化是指提供统一、集成的计算环境。
通常虚拟化可以通过指令级虚拟化和系统级虚拟化来实现。
1.2.1指令级虚拟化方法
实现指令集级别的虚拟化；那是，将二进制代码转换为某些硬件平台上的二进制代码作为“二进制翻译”。
二进制翻译成功源于模仿；即在具有一定接口和功能的系统中；实现具有不同界面和功能的另一个系统。
二进制翻译的软件方法可以通过三种方式实现：解释和处理；静态翻译和动态翻译。
近年来，最近对二进制翻译系统的研究主要集中在运行时编译和优化，动态翻译和处理过程主要涉及四个方面：磁盘访问；访问存储空间；专注于翻译和优化。
开销和目标代码执行开销；因此，为了提高二进制翻译系统的效率，最后三个应该减少开销。
现在，典型的二进制翻译系统主要有Daisy/BOA；克鲁索,艾里斯，IA-32EL，包含Dynamo动态优化系统和JIT编译技术。
1.2.2系统级虚拟化方法
系统虚拟化就是在一台物理机上虚拟出多个虚拟机。
从系统架构角度；虚拟机监视器（VMM）是整个虚拟机系统的核心，它管理资源调度、负责分区和管理，确保多个来宾操作系统能够在与多个虚拟机隔离的情况下运行。
彼此。
系统级虚拟化CPU虚拟化，它来源于内存虚拟化和I/O虚拟化。
(1)CPU虚拟化
CPU虚拟化为每个虚拟机提供一个或多个虚拟CPU。
CPU使用率。
VMM从逻辑上为每个虚拟CPU分配时间片，当某个虚拟CPU的时间片用完需要进行切换时。
必须保存虚拟CPU的当前状态并维持调度状态。
虚拟CPU必须加载到物理CPU上。
包括X86的主要CPU虚拟化方法。
修复处理器虚拟化错误；现有的虚拟机系统采用硬件辅助虚拟化技术。
CPU虚拟化需要解决的问题有：①虚拟CPU正确运行的关键是保证虚拟机指令正确执行，不损害虚拟机。
彼此那是，指令的执行结果不会改变其他虚拟机的结果。
目前主要进行模拟和监测。
虚拟CPU调度决定VMM运行在哪个虚拟CPU上，以确保VMM在虚拟机之间隔离。
虚拟机环境的调度要求是充分利用CPU资源；精确的CPU分配；支持性能隔离；虚拟机考虑虚拟机之间的不对称性，考虑虚拟机之间的依赖关系。
常见的CPU调度算法有BVT、SEDFCB等。
(2)内存虚拟化
VMM通常采用块共享的思想来虚拟化计算机的物理内存。
VMM为每个虚拟机分配设备内存，并维护设备内存和虚拟机内存之间的映射关系，在虚拟机中表现为从地址0开始的连续物理地址空间。
内存虚拟化之后，内存地址中的机器地址将会有伪物理地址和虚拟地址三种类型。
在X86的内存寻址机制中，VMM可以以页为单位建立虚拟地址和机器地址之间的映射关系，并利用页权限设置来实现不同虚拟机之间的内存隔离和保护。
添加TLB是为了提高地址转换的性能。
为了实现虚拟地址到物理地址的高效转换，通常采用混合映射的概念，通过MMU半虚拟化和影子页表实现页表虚拟化。
虚拟机监视器的目录无法从虚拟机访问；因此，需要一种隔离机制。
内存虚拟化的优化机制根据需要提供尽可能多的页面；虚拟存储；包括内存共享等。
(3)I/O虚拟化
由于I/O设备异构性强，内部状态难以控制，VMM系统对I/O设备虚拟化进行了全虚拟化。
软件模拟和直接I/O访问等设计思想。
最近几年，学者们将I/O虚拟化的研究重点集中在共享网络设备虚拟化上，并提出将IOVM结构映射到多核服务器平台。
除了增加顺序和本质上并行的数据流之外；具有串行功能和基于数据包的协议；I/O设备考虑传统的PCI兼容的PCIExpre ss硬件，应该构建相应的总线适配器来补偿单个主机的影响，并且不需要特殊的驱动程序。
一些研究人员专注于外部存储虚拟化的研究，允许SCSI目标模拟器在SAN上运行。
提出使用映射表的方法来存储目标主机的活动物理信息并更新SCSI命令地址。
使用位图技术来管理可用空间等想法。
存储虚拟化系统规模有限；各种活动；比如数据回滚、快照等功能应支持并兼容多种主机环境和操作系统。
由于带外存储虚拟化可以全面提高存储区域网络的服务质量，并且与带内虚拟化相比，带外虚拟化具有性能高、可扩展性好的优点。
通过使用连续操作，日志恢复和日志完整性验证；设计一种基于关系模型的磁盘虚拟化元数据组织方法，可以创建一致且持久的环外虚拟化系统。
1.3虚拟化管理
虚拟化管理主要指多虚拟机系统的管理，指多虚拟机系统的组成及其资源的组成。
构建虚拟计算系统，主要包括虚拟机动态迁移技术和虚拟机管理技术。
(1)在虚拟机之间迁移
通过构建分布式和可重新配置的虚拟机，使用虚拟化作为管理现有资源并提高其在网络计算中的利用率的一种方式。
如有必要，请在物理服务器运行时迁移服务。
。
移动代理技术；以及通过分布式虚拟机等的资源使用提高服务可用性并找到最佳服务策略，可重新配置；在分布式虚拟机上迁移。
将虚拟机上运行的操作系统和应用程序从一个物理节点迁移到另一个正在运行的节点，同时保持来宾操作系统和应用程序完好无损。
一些研究人员支持用户的操作环境。
为了实现远程迁移和平滑重建，
一些研究人员提出了一种程序执行环境的动态按需配置机制。
当跨物理服务器移动虚拟机并执行自动化虚拟服务器管理时；必须考虑高级服务质量要求和资源管理成本。
一些研究人员提出了虚拟机管理程序控制方法来支持网络中移动IP虚拟设备的直接迁移。
虚拟机可以实时迁移其分布式计算资源，提高迁移性能。
高可靠性、减少错误，减少网络恢复时延它可以提供宽容。
一些研究组织正在通过设计通用硬件抽象层来实现托管多个虚拟机的能力，以在环境中高效运行移动设备。
虚拟机的迁移步骤一般是初始迁移；内存迁移；包括虚拟机冻结和虚拟机恢复操作。
（2）虚拟机的管理
对于多个虚拟机；一个非常重要的因素是减少对用户物理设备的动态、复杂的管理和维护，并通过软件和工具来管理任务。
当前标准多用途服务器管理软件通过VirtualCenter管理服务器的虚拟机池。
它是通过VMotion完成虚拟机迁移并通过VMFS管理多虚拟机文件系统的虚拟基础设施。
其次，Parallax是Xen的多虚拟机管理器。
它消除了写入共享，改进了客户端缓存，使用模板图像，并且还使用（快照和写入时复制）机制。
使用副本来确保可用性。
hypervisor直接控制parallax使用的物理磁盘；它运行物理设备驱动程序并本地化虚拟磁盘映像VDI为虚拟机提供通用块接口。
2虚拟化在制造信息化中的应用自动化;走向灵活性和集成化，并且在这个趋势下；先进的制造技术和许多先进的制造模式诞生了。
这些先进制造技术和先进制造模式需要现有的IT基础设施来提供更高水平的计算服务。
所以，生产信息需要面向虚拟化的资源分配架构来管理和维护计算和客户端驱动的服务。
面向服务水平协议（SLA）的资源分配系统。
虚拟化、IT集中管理；应用集成；工业控制；生产信息主要用于虚拟生产等。
底层是由多台物理服务器（PhysicsMachine）组成的制造虚拟计算资源集群（VirtualCluster），在每台物理服务器上运行虚拟化软件（VMM）。
工作要求；虚拟计算资源池的虚拟化管理软件（VMS）为IT环境提供集中控制；手术快速部署向导和虚拟机模板，提供自动化和资源优化。
虚拟计算资源池中的虚拟机封装了客户操作系统（GuestOS）以及各种运行模式的数据层和服务层应用程序（App），形成企业共同开发的完整系统。
表示层为用户提供各种格式的数据处理和显示功能。
在图1的框架中，虚拟计算资源池的动态资源调度（DRS）模块可以持续监控物理机上的资源利用率，并根据分配业务需求和变化的优先级的预定义规则来调度多个虚拟机。
设备之间的资源。
在制造业信息披露方面；集中IT管理；应用集成；工业控制；以及制造协作服务等服务，满足虚拟制造等各种应用需求；它们将被打包为具有资源管理服务等各种服务的虚拟机。
信息检索服务；万维网服务；工业控制服务；应用系统集成服务；数据管理服务；高性能计算服务；同时提供套件服务等。
商业模式数据库；制造资源数据库；产品型号数据库；专业知识数据库；用户信息数据库等。
虚拟化的独特优势可以确保关键服务在所有虚拟机上持续可靠地运行。
2.2虚拟化在制造信息学应用框架中的作用
制造信息学包括虚拟化的主要应用。
虚拟化的分类不包括（）
虚拟化的分类不包括（）A.服务器虚拟化B.网络虚拟化C.应用程序虚拟化D.多层虚拟化正确答案：D虚拟化分类与I/O虚拟化技术概述
虚拟化技术是云计算的核心架构，由CPU虚拟化、内存虚拟化和I/O虚拟化组成。I/O虚拟化尤其重要，因为它处理计算、网络和存储接口的共享。
本文详细介绍了虚拟化分类以及两种主要的I/O虚拟化方式：I/O仿真（包括全虚拟化和半虚拟化）和I/O直通（包括设备直通和SR-IOV直通）。
首先，实现虚拟化的方法有很多。
从硬件抽象层开始，可以创建KVM、VMwareWorkstation等独立的虚拟机环境，实现像Docker一样的全操作系统层虚拟化。
容器内的环境共享主机内核，但保持隔离功能层虚拟化像Wine一样，通过模拟接口使不同操作系统应用程序兼容；JVM等编程语言层虚拟机运行在虚拟架构上。
VMM（VirtualMachineMonitor）是虚拟化的核心，分为Type-1（虚拟机管理程序）、Type-2（主机）和Type-3/Type-1.5（混合模型）。
hypervisor直接管理物理资源，效率很高，但它必须管理设备驱动程序本身。
主机模型使用主机操作系统资源并重用设备驱动程序，但效率有限。
混合模型结合了两者的优点，但需要上下文切换可能会导致性能下降。
I/O模拟分为全虚拟化和半虚拟化。
完全虚拟化通过VMM模拟所有I/O操作，并且对来宾透明。
然而，半虚拟化需要修改Guest内核来提高效率，但可移植性较差。
其中，Virtio已经成为I/O半虚拟化的标准。
I/O透传技术包括设备透传和SR-IOV透传。
前者允许每个虚拟机独占物理设备，提高了性能但影响可扩展性，允许多个系统共享单个I/O设备，提高资源利用率。
一般来说，虚拟化技术通过平衡性能和资源管理的灵活架构和I/O策略为云计算提供了基础。
《KVM实战：原理、进阶与性能调优》学习笔记
虚拟化概述：虚拟化技术通过引入VMM（VirtualMachineMonitor）层对物理资源（CPU、内存、存储、网络等）进行抽象和改造，同时提供分段和重组能力，以最大化资源利用率。该技术有两种实现方式：软件虚拟化和硬件虚拟化。
IntelVT是硬件虚拟化的典型支持，QEMU代表软件虚拟化。
半虚拟化允许对客户操作系统进行相应修改，而全虚拟化则保持客户操作系统不变，但需要对虚拟化层进行更多管理。
虚拟化分类：虚拟化层根据与硬件的交互分为Type1（直接运行在硬件上）和Type2（运行在主机操作系统上）。
Type1虚拟机管理程序如Xen、VMwareESX，Type2虚拟机管理程序如VMwareWorkstation、KVM。
关于KVM：KVM是一种基于内核的虚拟机，采用硬件虚拟化技术。
一旦内核模块被加载，Linux内核就成为一个虚拟机管理程序来提供虚拟化功能。
KVM客户端是一个常规的Linux进程，通过Linux内核管理虚拟内存。
KVM支持实时迁移、设备驱动优化、高性能I/O，具有卓越的性能和可扩展性。
性能和可扩展性：KVM在CPU、内存、网络和磁盘虚拟化方面表现良好，支持多达288个vCPU和4TBRAM的guest虚拟机。
出色的可扩展性，服务器上的客户端数量不受限制。
KVM的现状和展望：由于其与Linux的原生集成以及Redhat的推广，KVM已成为OpenStack的默认虚拟机管理程序。
部署率高达87%以上，并有望继续提升。
挑战包括大规模、实时部署、安全性和性能调整。
KVM架构概述：KVM建立在硬件辅助虚拟化之上，依赖于对内存和I/O虚拟化的支持，可以进一步提高性能。
核心包括KVM内核模块（CPU、内存虚拟化）和QEMU（设备仿真）用户模式引擎。
KVM内核模块提供虚拟化功能，QEMU模拟硬件设备。
两者共同实现虚拟化。
KVM内核模块：KVM内核模块是标准Linux内核的一部分，包括CPU和内存虚拟化功能。
主要负责虚拟guest创建、虚拟内存分配、CPU执行模式切换、vCPU寄存器访问等。
通过特殊的设备文件/dev/kvm与QEMU用户空间进行通信，该文件支持虚拟机创建和虚拟处理器执行。
QEMU用户模式引擎：QEMU最初是作为纯软件实现的，通过二进制翻译模拟客户端指令，具有强大的跨平台能力。
与KVM结合后，提供高性能虚拟化，提高KVM虚拟化性能。
与KVM集成的组件包括vhost-net、OpenvSwitch、DPDK、SPDK、Ceph和libguestfs等。
上层管理工具：libvirt是公共的KVM虚拟化管理工具和API接口得到广泛应用，提供了管理KVM、VMware、Hyper-V、Xen和VirtualBox等虚拟化解决方案的能力。
virsh命令行工具提供KVM虚拟化管理，而virt-manager和OpenStack提供图形化管理界面和云平台集成。
