Linux Virtualiztion
首先計算機虛擬化技術是多種技術的綜合實現，它包括硬件平臺、操作系統、存儲及網絡等。
簡單來說，虛擬化技術就是在單臺主機上虛擬多個虛假主機，並可以在這些虛擬機上運行不同的操作系統平臺。虛擬化技術的出現可以節約大量的硬件資源與能源資源消耗，降低資金成本，虛擬化現在已經是每個企業必有的項目。目前所提供的比較成熟的虛擬化解決方案主要有VMware、Xen、KVM和Kyper-V等。虛擬化技術是通過Hypervsion動態模擬於分配計算機硬件資源給虛擬機操作系統Guest OS，由於Hypervsion可以模擬多個硬件資源給多個Guest OS，所以對於Guest OS來說，它們就像是運行在獨立、真實的硬件資源上一樣。
虛擬化技術的類型有主機虛擬化，容器虛擬化，系統庫虛擬化和應用程序級虛擬化；主機虛擬化類型分爲Type-I和Type-II兩種，Type-I物理硬件上直接運行的不是操作系統而是一個專門的虛擬化管理器（VMM,Hypervisor），在此基礎上所有操作系統都是運行於虛擬機實例之中；Type-II是於硬件級別上運行一個OS，通常稱爲“HOST OS”，就是宿主機的操作系統；而後在這個宿主機操作系統上安裝並運行一個虛擬化管理器（VMM,Hypervisor），在VMM上再創建並安裝虛擬機和對應的OS，通常稱爲“Guest OS”，即虛擬機操作系統； 主機虛擬化所用到的主要技術有CPU虛擬化、內存虛擬化、和IO虛擬化。
按照虛擬化程度可分爲全虛擬化、半虛擬化、硬件輔助虛擬化。CPU全虛擬化技術主要採用優先級壓縮技術（Ring Compression）和 二進制代碼翻譯技術（Binary Translation）。優先級壓縮技術讓VMM和Guest 運行在不同的特權級下
CPU半虛擬化技術主要採用Hypercall 技術。Guest OS 的部分代碼被改變，從而使Guest OS會將和特權指令相關的操作都轉換爲發給VMM的Hypercall（超級調用），由VMM繼續進行處理。而Hypercall支持的批處理和異步這兩種優化方式，使得通過Hypercall 能得到近似於物理機的速度
CPU硬件輔助虛擬化技術
目前主要有Intel 的VT-x和AMD的AMD-V這兩種技術。其核心思想都是通過引入新的指令和運行模式，使VMM和Guest OS分別運行在不同模式（ROOT 模式和非ROOT模式）下，且Guest OS 運行在Ring 0 下。通常情況下，Guest OS 的核心指令可以直接下達到計算機系統硬件執行，而不需要經過VMM。當Guest OS執行到特殊指令的時候，系統會切換到VMM，讓VMM來處理特殊指令。CPU的虛擬化技術可以單CPU模擬多CPU並行，允許一個平臺同時運行多個操作系統，並且應用程序都可以在相互獨立的空間內運行而互不影響，從而顯著提高計算機的工作效率。
內存虛擬化，KVM 通過內存虛擬化共享物理系統內存，動態分配給虛擬機，爲了在一臺機器上運行多個虛擬機，KVM 需要實現 VA（虛擬內存） -> PA（物理內存） -> MA（機器內存）直接的地址轉換。虛機 OS 控制虛擬地址到客戶內存物理地址的映射 （VA -> PA），但是虛機 OS 不能直接訪問實際機器內存，因此 KVM 需要負責映射客戶物理內存到實際機器內存 （PA -> MA）。內存全虛擬化技術通過使用影子頁表（Shadow Page Table）實現虛擬化。VMM 爲每個Guest 都維護一個影子頁表，影子頁表維護虛擬地址（VA）到機器地址（MA）的映射關係。而Guest頁表維護VA到客戶機物理地址（GPA）的映射關係。當VMM捕獲到Guest 頁表的修改後，VMM 會查找負責GPA 到MA 映射的P2M 頁表或者哈希函數，找到與該GPA對應的MA，再將MA填充到真正在硬件上起作用的影子頁表，從而形成 VA 到 MA 的映射關係。而 Guest 的頁表則無需變動。
內存半虛擬化技術通過使用頁表寫入法實現虛擬化。Guest OS 在創建一個新的頁表時，會向VMM註冊該頁表。之後在 Guest 運行的時候，VMM 將不斷的管理和維護這個表，使Guest 上面的程序能直接訪問到合適的地址。
內存硬件輔助虛擬化技術通過擴展頁表EPT（extended page table）實現虛擬化。
EPT通過使用硬件虛擬化技術，使其能在原有的頁表的基礎上，增加一個EPT頁表，用於記錄GPA到MA的映射關係。VMM預先把EPT頁表設置到CPU中。Guest 修改Guest 頁表，無需VMM干預。地址轉換時，CPU 自動查找兩張頁表完成 Guest 虛擬地址到機器地址的轉換，從而降低整個內存虛擬化所需的開銷。
IO虛擬化：服務器單個千兆以太網端口肯定能夠支持單個應用，但是當被分割爲10個、15個或者更多的服務器負載時（這其中包括網絡、存儲以及服務器之間的流量）可能就不夠用了。當遇到I/O瓶頸時，CPU會空閒下來等待數據，計算效率會大大降低--I/O瓶頸最終會打敗虛擬化所帶來的資源使用效率的提升。故虛擬化也必須擴展至I/O系統，在工作負載、存儲以及服務器之間動態共享帶寬，能夠最大化地利用網絡接口。通過緩解服務器I/O潛在的性能瓶頸，服務器能夠承載更多的工作負載並提升其性能。常見的IO虛擬化主要有三種方案：基於軟件模擬的方案，這種方案裏, 中斷、DMA的訪問都是通過軟件實現的，優點是可以模擬任何硬件的模型，缺點是性能不會太好；半虛擬化技術，主要是爲了解決軟件模擬性能問題，比如串口對性能要求不高可以採用軟件模擬，但是磁盤設備、網卡設備對性能要求高，主流方案是採用半虛擬化技術，前後端相互感知，通過Shared Memory控制請求的傳輸，兩個設備之間的通知也是基於快速消息傳遞，性能很高；設備直通模式，比如PCIE的直通、網卡SROV直通，對性能更高的可以採用此模式，可以達到和物理機上直接使用接近的性能，但是設備和虛擬機的耦合會對管理造成影響
Linux目前流行的開源虛擬化技術解決方案：主機虛擬化：Type-I：Xen；Type-II：kvm，virtualbox。容器級虛擬化：lxc(Linux Container)，docker，libcontainer，openvz(VMS)等等
Xen(半虛擬化)Xen由XenSource開發, 一個開源免費的操作系統級準虛擬技術. 回顧一下半虛擬技術, Hypervisor和操作系統共同協作, 雖然操作系統需要做一些修改, 但是性能上比較接近於原始性能.
Xen需要與系統共同協作(客戶操作系統需要修改), 只有打過補丁的系統才能使用Xen. 從Linux角度來看, Linux本身是開源的, 結果是Xen的性能要好於全虛擬化技術. 但是從系統支持(比如支持其它非開源的操作系統)的角度來看, 這顯然是一個不足之處.
在Xen上可以運行Windows客戶機, 但需要Intel Vanderpool或AMD Pacifica處理器的支持. 其它支持的操作系統包括Minix, Plan 9, NetBSD, FreeBSD, 和OpenSolaris.
KVM虛擬化技術KVM是基於x86架構上Linux操作系統的全虛擬化解決方案，kvm就工作在內核環境之中，所以它的執行效率很高，它需要Intel VT-x和AMD AMD-v的技術支持。
KVM的組件：
兩類組件：
/dev/kvm：工作爲Hypervisor，在用戶空間中可以通過ioctl()系統調用與內核中的kvm模塊進行交互，從而完成虛擬機的創建、刪除、啓動、停止等各種管理功能；
qemu-kvm進程：工作於用戶空間，用於實現IO設備的模擬，也是kvm進行各種IO訪問的加速器；
kvm模塊被裝載至內核，系統的運行模式：
Hypervisor模式：裝載了kvm模塊的原操作系統內核，將運行爲Hypervisor模式；
用戶模式：Host OS的原用戶模式，用於代Guest OS發送IO請求；
內核模式：Guest OS執行IO類的操作或其他特殊指令操作時的工作模式；也被稱爲"Guest-Kernel"模式；
來賓模式：Guest OS的用戶模式，用於所有的非IO類請求；