架构设计

这一章描述 NVX 微虚拟机及其单工作负载客户机运行时的架构。它按架构概念而不是实现组件来组织设计。

实现状态、当前限制、验证过程、测试覆盖和交付计划有意不放进这套架构指南，它们分散在上游仓库的持续集成、对抗性测试和打包与源码交付文档里。

这套手册讲什么

NVX 提供一个小型、带版本的虚拟机，在 Linux 或 Windows 宿主上运行 Linux 工作负载。客户机看到的机器由 NVX 机器配置档定义，而不是从选中的 hypervisor 反推：KVM、MSHV、WHP 只提供执行服务，机器配置档则给出一套统一的启动、CPU、内存、设备、时间与生命周期契约。

按这个思路，整套手册分成五章：

章节	说明
1. 架构总览	NVX 的目标、主要架构元素、信任边界与兼容性原则。
2. 虚拟机架构	呈现给客户机的、与后端无关的虚拟平台。
3. 虚拟设备	每类设备对客户机可见的行为。
4. 客户机运行时架构	客户机如何把虚拟机变成隔离的工作负载沙箱。
5. VM 生命周期与状态	从创建、执行、捕获、恢复到终止的状态转换。

架构总览

宿主侧的编排器负责配置、策略和挂载；OpenVMM 的 NVX 机器配置档负责机器、设备与生命周期；KVM、MSHV 或 WHP 提供执行后端；客户机内核与客户机代理负责启动、修复与监管；最终承载的是单个隔离的工作负载；快照产物与外部挂载则与机器配置档双向联动。

用一条链条描述就是：

1. 宿主编排器把配置、策略和挂载交给 NVX 机器配置档。
2. 机器配置档把机器状态与设备模型交给执行后端（KVM、MSHV 或 WHP）。
3. 客户机内核启动，客户机代理接管修复与监管。
4. 客户机代理拉起唯一的工作负载。
5. 快照产物与外部挂载在生命周期中随时可以接入或摘除。

这条链路的信任边界写在信任边界里；机器侧的契约写在机器模型与配置里；客户机侧的工作负载模型写在客户机代理与工作负载模型里。

第 1 章 · 架构总览

• 1.1 目标：定义架构提供的属性。
• 1.2 非目标：划定架构范围之外的关注点。
• 1.3 系统组件与职责：识别宿主、VMM 与客户机组件，并分配各自职责。
• 1.4 信任边界：描述受信与不受信主体、敏感数据流与校验边界。
• 1.5 兼容性与版本模型：说明客户机可见契约与持久化状态如何演进。

第 2 章 · 虚拟机架构

• 2.1 机器模型与配置：定义机器身份、不变配置，以及客户机可见设置的所有权。
• 2.2 CPU 与拓扑：描述虚拟处理器模型、拓扑、特性面与处理器容量。
• 2.3 内存布局：定义 RAM、保留区域、MMIO 窗口与容量行为。
• 2.4 中断与 I/O 架构：描述中断路由、端口 I/O、MMIO 与设备通知。
• 2.5 设备拓扑、传输与发现：定义固定设备身份、地址、中断、传输与发现机制。

第 3 章 · 虚拟设备

• 3.1 平台控制设备：覆盖字节通道、关机与快照请求功能。
• 3.2 时钟与时间：定义时钟源、定时器行为、速率与时间连续性。
• 3.3 控制台：把启动通信与经认证的运行时控制分开。
• 3.4 块存储：定义固定存储角色、分层、可变性与保存状态。
• 3.5 网络：定义网络身份、连通性、策略、入站访问与数据包流转。
• 3.6 宿主文件系统：定义 virtio-fs 请求路径、宿主支持导出、访问策略与会话状态保存。

第 4 章 · 客户机运行时架构

• 4.1 客户机文件系统与镜像模型：解释镜像分层、可写暂存、叠加组装与实时共享。
• 4.2 客户机代理与工作负载模型：定义客户机代理与工作负载之间的关系。
• 4.3 隔离与资源模型：描述身份、命名空间、能力、设备与 cgroups。
• 4.4 宿主—客户机控制接口：定义经认证的运行时操作及其会话语义。

第 5 章 · VM 生命周期与状态

• 5.1 启动协议：定义启动输入、初始机器状态与内核移交。
• 5.2 就绪与运行时控制：定义就绪边界与受支持的控制操作。
• 5.3 快照协议：定义捕获发起、静默、状态收集与发布。
• 5.4 快照产物与挂载模型：定义持久化产物、身份、共享范围与外部资源。
• 5.5 恢复协议：定义准入、重建、客户机修复、熵刷新与返回执行。
• 5.6 关机与失败语义：定义有序退出、拆除与终止性失败边界。

配套文档

架构章节回答“系统长什么样”，操作类文档回答“怎么用起来”：

• 环境准备：KVM、MSHV、WHP 各自的宿主要求。
• 构建：编译 NVX、校验内核配置、打包客户机。
• 运行：启动、退出、网络策略、挂载与直接运行 OpenVMM。
• 命令行参考：nvx.py 与 nvx-rs 的全部命令和选项。
• Rust API：在 Rust 中驱动沙箱生命周期。