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《虚拟化技术原理与实现》对云计算中关键技术之一的虚拟化技术进行了深入的分析，从x86计算机体系结构以及操作系统的工作原理出发，介绍了虚拟化技术原理以及业界主流虚拟化软件产品，并以Xen、KVM开源软件为例分析了虚拟化软件的架构及其实现方法，最后对虚拟化软件管理接口的工作原理以及实现方法进行了全面的梳理。
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目录信息
第1章 虚拟化技术基本原理 2
1.1 云计算与虚拟化技术 3
1.2 x86和非x86体系结构基础 4
1.2.1 x86的发展历程 4
1.2.2 x86-64 6
1.2.3 x86内存架构 7
1.2.4 x86-64的基本模式 23
1.2.5 x86-64的寄存器组 25
1.2.6 中断与异常 26
1.2.7 I/O架构 31
1.2.8 DMA 32
1.2.9 时钟 33
1.3 操作系统与虚拟化 34
1.3.1 操作系统 35
1.3.2 进程 35
1.3.3 系统虚拟化 38
1.3.4 系统虚拟化的发展历程 39
1.3.5 可虚拟化条件 41
1.3.6 虚拟化的原理与分类 43
1.4 VMM技术架构分类 45
1.4.1 Hypervisor模型 46
1.4.2 宿主（Hosted）模型 47
1.4.3 混合模型 48
1.5 本章小结 49
第2章 虚拟化实现技术架构 50
2.1 处理器虚拟化实现技术 52
2.1.1 Intel VT 53
2.1.2 AMD SVM 55
2.1.3 vCPU 55
2.2 中断虚拟化实现技术 56
2.3 内存虚拟化实现技术 58
2.3.1 影子页表 60
2.3.2 Intel EPT 65
2.3.3 AMD NPT 67
2.4 I/O设备虚拟化实现技术 68
2.4.1 Intel VT-d 69
2.4.2 DMA重映射 70
2.4.3 I/O页表 73
2.4.4 AMD IOMMU 74
2.5 网络虚拟化技术 76
2.6 时间虚拟化技术 79
2.6.1 操作系统和客户机的时间概念 79
2.6.2 客户机时间概念的实现 82
2.7 主流虚拟化产品及其特点 84
2.7.1 Xen 84
2.7.2 VMware 86
2.7.3 Hyper-V 87
2.7.4 KVM 88
2.8 本章小结 90
第二篇 Xen虚拟化技术 91
第3章 Xen软件系统原理 92
3.1 Xen软件模块结构 93
3.1.1 Xen Hypervisor 93
3.1.2 特权虚拟域0（Dom0） 94
3.1.3 独立设备驱动域（IDD） 95
3.1.4 非特权虚拟域U（DomU） 96
3.1.5 硬件虚拟域（HVM） 96
3.2 Xen系统启动工作原理及流程 96
3.2.1 系统引导过程 97
3.2.2 Hypervisor启动与初始化过程 98
3.2.3 Dom0启动过程 99
3.2.4 DomU的启动 99
3.3 Xen CPU虚拟化工作原理 100
3.3.1 x86体系虚拟化存在的问题 100
3.3.2 CPU虚拟化——半虚拟化（又称为泛虚拟化） 102
3.3.3 CPU虚拟化技术——硬件虚拟化技术支持的全虚拟化 103
3.4 Xen内存虚拟化工作原理 105
3.4.1 内存虚拟化——直接模式 106
3.4.2 内存虚拟化——影子模式 107
3.5 I/O虚拟化工作原理 108
3.5.1 半虚拟化I/O 108
3.5.2 全虚拟化I/O 109
3.6 Xen虚拟机（DomU）生命周期管理 110
3.7 本章小结 112
第4章 Xen Hypervisor技术实现 113
4.1 Xen Hypervisor关键技术概述 114
4.2 Hypercall 114
4.2.1 Hypercall的实现机制 115
4.2.2 自定义Hypercall的方法 118
4.2.3 应用程序使用Hypercall的方法 120
4.3 事件通道 121
4.3.1 事件通道的初始化 121
4.3.2 事件通道的绑定 122
4.3.3 发送事件通知 136
4.3.4 事件通知的处理 138
4.4 数据共享 142
4.4.1 授权表（Grant table） 142
4.4.2 XenStore和XenBus 146
4.4.3 分离设备驱动 149
4.5 本章小结 154
第三篇 KVM虚拟化技术 155
第5章 qemu-kvm虚拟化解决方案 156
5.1 概述 157
5.2 内核模块组成概述 158
5.2.1 KVM的内核模块结构 158
5.2.2 Linux内核源码中的KVM 160
5.3 KVM所提供的API 162
5.3.1 KVM API纵览 162
5.3.2 system ioctls调用 163
5.3.3 vm ioctl系统调用 164
5.3.4 vcpu ioctl系统调用 165
5.4 KVM内核模块重要的数据结构 168
5.4.1 KVM结构体 168
5.4.2 kvm_vcpu结构体 169
5.4.3 kvm_x86_ops结构体 169
5.4.4 KVM API中重要的结构体 171
5.5 KVM内核模块重要流程的分析 173
5.5.1 初始化流程 173
5.5.2 虚拟机的创建 175
5.5.3 vCPU的创建 177
5.5.4 vCPU的运行 180
5.6 qemu-kvm软件架构分析 184
5.6.1 QEMU的三种运行模式 184
5.6.2 libvirt和virt-manager 185
5.6.3 KVM的调试接口 186
5.7 本章小结 187
第6章 qemu-kvm原理与分析 188
6.1 QEMU软件架构 189
6.1.1 qemu-kvm的配置与编译 189
6.1.2 qemu-kvm的架构与配置 190
6.2 QEMU组件 190
6.2.1 模块模型 190
6.2.2 libkvm模块 193
6.2.3 virtio组件 196
6.3 基于KVM的QEMU PC Emulator 199
6.3.1 KVM中的Machine模块 199
6.3.2 基于KVM加速支持的CPU虚拟化模块 207
6.3.3 虚拟机的内存管理 216
6.3.4 I/O管理 223
6.4 本章小结 225
第四篇 虚拟化软件开放接口 227
第7章 Xen API接口技术及实现 228
7.1 Xen Management API接口概述 229
7.2 XML-RPC工作原理 230
7.2.1 XML-RPC概述 231
7.2.2 XML-RPC请求 232
7.2.3 XML-RPC响应 234
7.3 Xen Managemnet API的实现 236
7.3.1 C语言和Python语言的扩展与嵌入 236
7.3.2 Xen Management API类的定义 237
7.3.3 Xen Management API处理流程分析 238
7.4 本章小结 242
第8章 libvirt虚拟化控制中间件 243
8.1 libvirt概述 244
8.1.1 libvirt简介及使用样例 244
8.1.2 基于libvirt所开发的开源应用 245
8.1.3 安装与配置 245
8.2 libvirt架构与开发 247
8.2.1 libvirt架构说明 247
8.2.2 libvirt API控制接口 250
8.2.3 libvirt的主机域管理 254
8.2.4 libvirt的网络架构 254
8.2.5 libvirt的存储管理 256
8.3 基于libvirt的XML配置解析 256
8.3.1 XML配置格式简析 256
8.3.2 针对Xen的libvirt配置详解 264
8.3.3 针对KVM/QEMU的libvirt配置详解 271
8.4 本章小结 282
参考文献 283
· · · · · · (收起)
读后感
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用户评价
这本《虚拟化技术原理与实现》真是让我大开眼界！我本来对虚拟化这个概念只停留在“把一台物理机变成多台”的粗浅理解上，但读完这本书，才发现背后的技术栈是多么深邃而精妙。书中对硬件辅助虚拟化，比如Intel VT-x和AMD-V的讲解，简直是教科书级别的细致入微。作者没有满足于泛泛而谈，而是深入剖析了Ring -3特权层的创建机制、影子页表（EPT/RVI）的维护逻辑，以及I/O虚拟化中对中断、内存映射的拦截与转发过程。特别是关于硬件级内存管理单元（MMU）的虚拟化处理，我花了整整两天时间才彻底消化掉那些关于地址转换和TLB维护的细节。这种深入骨髓的技术剖析，让原本感觉高不可攀的虚拟化底层逻辑，变得清晰可见，每一个时钟周期内的操作都被拆解分析，读起来让人有一种“原来如此”的顿悟感。对于想真正掌握Hypervisor核心技术的工程师来说，这本书提供了坚实的理论基石，远超市面上许多只停留在概念介绍的资料。
评分说实话，我最初抱有疑虑，因为很多号称“原理与实现”的书，最终都会变成API调用手册。但《虚拟化技术原理与实现》完全颠覆了我的预期。它在“实现”层面的阐述，重心放在了操作系统和Hypervisor之间如何协同工作，而不是仅仅罗列KVM或Xen的特定代码段。书中用相当大的篇幅讨论了半虚拟化（Para-virtualization）在I/O性能优化中的作用，对比了Virtio等现代接口的设计哲学，让我理解了为什么虚拟机的网络性能能够逼近物理机。更让我印象深刻的是，它没有回避虚拟化带来的安全挑战，详细论述了侧信道攻击（如Spectre/Meltdown在虚拟环境中的变种）的原理，并提出了相应的缓解策略，例如缓存侧信道隔离的技术。这种前瞻性和对安全边界的关注，体现了作者深厚的行业经验，让这本书的价值不仅停留在“如何做”，更上升到了“如何安全、高效地做”。
评分这本书的结构设计极其合理，逻辑推进非常流畅，完全不像是一本技术专著那样枯燥乏味。它似乎遵循了一种“从宏观到微观，再回归应用”的叙事路径。开篇对虚拟化类型的分类（系统级、应用级、桌面级）的概述非常清晰，构建了一个完整的知识框架。随后，作者并没有急于深入底层，而是先用一章篇幅讲解了“为什么需要虚拟化”，讨论了云计算和资源池化的商业驱动力，这为后续的技术学习提供了强大的内在动力。当进入到具体的内存虚拟化和CPU调度时，作者巧妙地穿插了历史演进的案例，比如早期的软件模拟技术（如VM/370的影子页表时代）是如何一步步被硬件技术取代的。这种带着历史感和目的性的讲解方式，让学习过程更像是一场探索之旅，而不是枯燥的公式堆砌。
评分我必须称赞这本书在案例选择上的独到眼光。它不仅仅是理论的堆砌，作者似乎非常擅长从实际工作中提炼出最具代表性的工程难题进行剖析。例如，书中针对大型数据库集群迁移到虚拟化环境后出现的“时钟漂移”问题，提供了一套基于Hypervisor层级的精确时间同步解决方案，并详细解释了其与操作系统内部TSC（Time Stamp Counter）机制的交互细节。这种高阶的、解决实际生产痛点的案例分析，是其他很多基础教材所欠缺的。读到这里，我感觉作者就像一位经验丰富的老工程师，在手把手地教你如何处理那些藏在系统深处的疑难杂症，而不是简单地介绍定义。对于我这种已经有一定基础，但渴望突破瓶颈的从业者而言，这种深度和实战性是无价的。
评分这本书的文字表达风格，非常沉稳且富有韵律感，读起来有一种享受知识带来的宁静感。它避免了使用过于口语化的网络流行词汇，而是保持了一种学术上的严谨性，但其叙述的清晰度又远超传统教材的晦涩难懂。特别是关于I/O路径优化的章节，作者用一系列精巧的比喻来解释设备绕过（Passthrough）和SR-IOV的工作原理，将原本抽象的PCIe总线事务和DMA重映射过程具象化了。每一次我读到一个新的概念，总能感受到作者在遣词造句上花费的心思，力求用最精确的中文术语来对应英文技术名词，避免了翻译带来的歧义。这使得我阅读的阻力非常小，知识点能够被顺畅地吸收和内化，是近年来我阅读过的技术书籍中，在可读性和技术深度上平衡得最为出色的一本。
评分对普及虚拟化知识还是值得一读的，至少知道一些概念。
评分和容器技术的使用场景有重叠，虚拟化相比容器(分割资源)是更底层的技术(模拟硬件)，但两者的界限会渐渐模糊，因为软硬件的(功能)界限都是越来越模糊了
评分对普及虚拟化知识还是值得一读的，至少知道一些概念。
评分对普及虚拟化知识还是值得一读的，至少知道一些概念。
评分对普及虚拟化知识还是值得一读的，至少知道一些概念。
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