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  1. 仮想CPU【vCPU / 仮想プロセッサ】とは、仮想化されたコンピュータ上で動作するソフトウェアから見て、コンピュータのCPU (中央処理装置)として振る舞うもの。 物理CPUを構成する資源を分配して構成する。 ハイパーバイザ型の仮想化で用いられる概念で、コンピュータで実際に稼働している物理的なCPUの処理能力を分割し、ハイパーバイザ上で起動している仮想マシン (VM:Virtual Machine)のCPUとして構成する。
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    CPUの仮想化とは何なのかと言うと、ソフトウェア的に別の仮想的なCPUをエミュレートすることだと言えます。 この上でゲストOSがブートするのがいわゆる仮想マシンです。 一番わかりやすいCPUの仮想化の方法は、機械語のシミュレータを書いてしまうことです。 例えばLinux kernelのバイナリがあったら、その機械語を1個1個読んでいってちまちまx86の状態をシミュレーションしていく。 エミュレーションしていくっていう方式ですね。 性能がかなり悪いんですけど、これはわかりやすくたしかに仮想的なCPUができます。 この方式で作られたソフトウェアがBochsというものですね。 自作OSをする人はけっこう知っているやつです。
    一番わかりやすいCPUの仮想化の方法は、機械語のシミュレータを書いてしまうことです。 例えばLinux kernelのバイナリがあったら、その機械語を1個1個読んでいってちまちまx86の状態をシミュレーションしていく。 エミュレーションしていくっていう方式ですね。 性能がかなり悪いんですけど、これはわかりやすくたしかに仮想的なCPUができます。 この方式で作られたソフトウェアがBochsというものですね。 自作OSをする人はけっこう知っているやつです。 このCPUの仮想化支援機構……このような仮想CPUを作る際に1個1個シミュレーションをしていたらかなり効率が悪い。 実はCPUのハードウェア仮想化支援機構というものを使うと大半の命令はいちいちインタプリタで解釈する必要はなくて。
    こういうことをやってあげると仮想化されたCPUが実現できます。 ちなみにこの権限レベルの読み取りはx86だとセンシティブ命令なんですけど、特権レベル命令ではない。 つまりOSがトラップできないので、これが実現できないです。 具体的にはCSレジスタを見ると、今特権レベルで動いているのかユーザーレベルで動いているのかがわかるんですが、x86だとトラップできないので、それを書き換えられないんですね。
    CPU 仮想化はパフォーマンスを重視し、可能なかぎりプロセッサ上で直接実行されます。 基盤となる物理リソースが可能なかぎり使用され、必要な場合にだけ仮想化レイヤーが命令を実行して、あたかも物理マシン上で直接実行されているかのように仮想マシンを動作させます。 CPU 仮想化は、エミュレーションと同じものではありません。 ESXi は、仮想 CPU の実行にエミュレーションを使用しません。 エミュレーションでは、すべての処理がソフトウェア内でエミュレータによって実行されます。 ソフトウェア エミュレータにより、プログラムが元々記述されたコンピュータ システム以外のシステム上でそのプログラムを実行できるようになります。
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  7. CPUの仮想化 | Think IT(シンクイット)

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