裸机管理程序和它托管的操作系统是否协调系统调用？

Question

我已经阅读了大量有关裸机虚拟机管理程序的内容，但从未完全了解它们与托管的操作系统交互的方式。

假设您在裸机上安装了 Unix。在用户模式下，您无法触摸或影响操作系统内部。你通过一个被困的系统调用来完成工作，将机器设置为内核模式，然后为你完成工作。例如，在 C 中，您可能会 malloc() 一堆，然后最终用完最初分配的内存。如果内存对我有用，malloc - 当它知道内存不足时 - 必须对我认为是 break() 的系统调用。一旦进入内核模式，您的进程的页表可以扩展，然后它返回并且 malloc() 具有所需的额外内存（或类似的东西）。

但是，如果您在裸机虚拟机管理程序之上安装 Unix，这实际上是如何发生的？看起来，管理程序必须具有整个系统的实际页表（甚至跨操作系统）。因此，当对 Unix 进行系统调用时，Unix 不能处于内核模式，否则它可能会与同时运行的其他操作系统混淆。另一方面，如果它在用户模式下运行，实现 break 的代码如何让管理程序知道它需要更多内存而不重写 Unix 代码？

Answer 1

在大多数架构中，除了主管之外，还添加了另一个级别，并且主管有所下降。内核认为自己可以控制机器，但这是虚拟机管理程序制造的假象。

在 ARM 中，用户模式为 0，系统为 1，管理程序为 2。英特尔有点短视（喘气），用户为 3，主管为 0，因此管理程序是一种 -1。显然它不是 -1，但这是他们为此处理构建的极其丑陋的界面的便捷简写。

在大多数架构中，管理程序会安装一组额外的页表，这些页表会在访客的页表之后生效。因此，您的 unix 内核认为它是在 1M 物理上加载的，可能位于任意地址，并且您的 unix 内核认为在页面边界处连续的每个地址都可能分散在大量实际（总线）地址上。

即使您的架构不允许额外级别的页表，管理程序也可以直接“捕获和模拟”来宾构建的页表，并以完全透明的方式维护实际集。然而，向更长的流水线持续移动会增加每个陷阱的成本，因此非常感谢额外的级别页表。

所以，您的 UNIX 认为它自己拥有全部 8M 内存；然而它不知道的是，一个鬼鬼祟祟的管理程序可能会将 8M 分页到一个非常大的软盘驱动器，并且只给它一个微不足道的 640K 真实 RAM。所有正常的 unix-y 东西都可以正常工作，除了它可能有一种非常迷幻的时间感，其中时间在交替的阶段变慢和加速，因为它们的管理程序试图假装 250 毫秒的软盘访问在一个时间内完成60nsec DRAM 访问。

这就是管理程序变得困难的地方。