相信大對 Virtualization (虛擬化) 不陌生，除了伺服器平台外，家用處理器、主機板均已全面支援，而且相關軟件愈出愈多，可見 Virtualization 是電腦發展的一大趨勢。簡單來說，Virtualization 技術是將電腦內各硬件資源如：處理器、記憶體、硬碟、輸入 / 輸出裝置等重新分配，令一部電腦能在單一硬體下安裝多個作業系統 (Operating System)，並可同時運作，彼此不會出現衝突問題。
運作原理
一部電腦可分為 2 個層面：硬件層 (Hardware Layer) 及軟件層 (Software Layer)。前者包括：處理器、主機板、記憶體、輸入輸出等實體裝置；後者則為作業系統及應用軟件。在一般情況下，作業系統需擁有完整硬件管理權才正常運作，因此在同一電腦系統內只允許一個作業系統運作。Virtualization 是在硬件層及軟件層之間加入虛擬機器管理器 (Virtual Machine Monitor；VMM)，對現有的實體硬件資源進行管理及分享，並為作業系統提供一套完整模擬系統 (Virtual Machine；VM)，讓作業系統以為擁有硬件管理權並正常地運作，其實當作業系統對硬件下達指令時，先交由 VMM 統一管理，才傳送至硬件層。VMM 可同時建立多個 VM，供用家在各 VM 內安裝不同作業系統，各 VM 內的作業系統可同時間運作，而且不會出現資源衝突問題。
VMX 專用指令
針對 Virtualization，處理器廠商研發出一套專用指命集 —— Virtual Machine Extensions (簡稱 VMX)。VMX 為處理器加入 10 個進行虛擬化時的指令，包括︰VMPTRLD、VMPTRST、VMCLEAR、VMREAD、VMWRITE、VMCALL、VMLAUCH、VMRESUME、VMXOFF 及 VMXON。虛擬環境下設有 2 種模式：Root 與 Non-Root。在 Root 模式可全面使用處理器資源，所以一般只有 VMM 軟件能以 Root 模式運作。至於 VM 內的作業系統 (Guest OS)，則需以 Non-Root 模式運作，即每次耗用處理器資源時，皆需由 Root 模式的 VMM 分配。由於各處理器的指令及回應均由 VMM 處理才傳回至相關的 VM，難免會出現延遲令效能下降。VMX 指令作用是當 VM 啟動時，直接以 VMXON 與 VMLAUNCH 通知處理器預留資源，配合 VMREAD 與 VMWRITE 讀寫資料，以及採用 VMRESUME 與 VMOFF 關閉 VM。雖然這些指令同樣經過 VMM 層，但由於每個指令已匯入相關 VM 的 ID，分流工作完全在處理器內進行，故 VMM 只是進行簡單的轉送，令延遲減少而提升效率。
VM 數目限制
相信不少用家均有疑問，究竟同一部電腦可以建立多少個 Virtual Machines？其實大部分 VMM 軟件不設 VM 數目上限，因為 VMM 可同時處理各 VM 的硬體及資源要求，進行排序及分流，同時執行數十、甚至上百個 VM ，理論上是沒有問題。不過，當 VM 數目太多，各 VM 可分得的處理器、記憶體等資源亦有限，會令運作效率大幅降低，甚至出現「定格」等問題。
Source：ezone.hk