在计算机科学中,虚拟化技术被认为是可以组合或分割现有的计算机资源,使得这些资源表现为一个或多个操作系统环境,从而提供优于原有资源配置的一种新技术。虚拟化技术就是对计算机资源的重新分配,提高计算机资源的利用率。模拟器是比较早的一种虚拟化技术,这种技术只模拟物理机器的最小的一个指令的集合。由于这是一个完全的软件解决方案,每一条Guest OS的指令都需要监控程序翻译执行,性能一直不高,但是可以支持比较广泛的操作系统。相对而言,泛虚拟化技术已经比较成熟,可以比较稳定地启动修改过的Guest OS,经过测试,具有比较好的性能。但是,泛虚拟化技术所支持的Guest OS必须要经过修改。只有那些开源的操作系统才可以作为Guest OS,而商业的OS则被拒之门外。本文研究的硬件虚拟化技术就是对模拟器和泛虚拟化技术的一种结合,不但要获得接近真实物理机器的性能,同时,也要支持更为广泛的Guest OS,成功地启动未经过修改的Guest OS。本文首先对虚拟化技术研究的意义和国内外研究情况进行了介绍,阐述了目前虚拟化技术领域内的研究成果。总结出虚拟化技术的基本理论。通过虚拟化技术的特征对其进行分类,对比各类虚拟化技术的优缺点以及适用的领域。文章重点介绍我们对基于硬件指令支持的虚拟机的研究。我们预测,这类虚拟机具有比较好的性能。本文详细的阐述了这类虚拟机的设计和实现,其中包括虚拟机的CPU的虚拟化,涉及到物理CPU与VCPU的映射和调度;在内存虚拟化方面,我们采用了影子页表技术。通过阅读本文,读者可以完全了解硬件虚拟机是如何工作的,按照本文所描述的步骤,借助参考文献读者可以自己完成一个简单的虚拟机。虚拟化技术在最近几年从技术上日趋成熟,并且开始走向多样化。应用相当广泛,并且起着重要的作用,尤其是在服务器和存储领域,虚拟化技术将发挥决定性的作用。限于篇幅,文中只对常见的应用作了简要的说明。最后,我们成功地启动未经过修改的Guest OS。性能测试报告证明,我们设计和实现的虚拟机性能接近真实的物理机器,成功地达到了我们预期的目标。