现代计算机系统是一个庞大的整体，整个系统的复杂性是不言而喻的。因而，整个计算机系统被分成了多个自下而上的层次，每一个层次都向上一层次呈现一个抽象，并且每一层只需知道下层抽象的接口，而不需要了解其内部运作机制。这样以层的方式抽象资源的好处是每一层只需要考虑本层设计以及与相邻层间的相互交互，从而大大降低了系统设计的复杂性，提高了软件的移植性。

本质上，虚拟化就是由位于下层的软件模块，通过向上一层软件模块提供一个与它原先所期待的运行环境完全一致的接口的方法，抽象出一个虚拟的软件或硬件接口，使得上层软件可以直接运行在虚拟的环境上。虚拟化可以发生在现代计算机系统的各个层次上，不同层次的虚拟化会带来不同的虚拟化概念。

如前文所述，虚拟化技术起源于上世纪70年代的IBM370体系，经过四十余年的发展，当前存在诸多实现在不同层次的虚拟化技术，原理不尽相同，且每一种技术都相当复杂。在本文中，将通过不同的角度对目前存在的较流行的虚拟化技术进行分类，并对其原理进行初步介绍，旨在对纷繁复杂的虚拟化技术有个整体认识及厘清不同虚拟化技术之间的相互关系。

在介绍各种虚拟化概念之前，先介绍虚拟化中的两个重要名词。在虚拟化中，物理资源通常有一个定语称为宿主（Host），而虚拟出来的资源通常有一个定语称为客户（Guest）。

在计算机系统中，从底层至高层依次可分为：硬件层、操作系统层、函数库层、应用程序层，在对某层实施虚拟化时，该层和上一层之间的接口不发生变化，而只变化该层的实现方式。从使用虚拟资源的Guest的角度来看，虚拟化可发生在上述四层中的任一层。应当注意，在对Guest的某一层进行虚拟化时，并未对Host在哪一层实现它作出要求，这一点是时常引起混淆的地方。

硬件抽象层上的虚拟化是指通过虚拟硬件抽象层来实现虚拟机，为客户机操作系统呈现和物理硬件相同或相近的硬件抽象层，又称为指令集级虚拟化，实现在此层的虚拟化粒度是最小的。

实现在此层的虚拟化技术可以对整个计算机系统进行虚拟，即可将一台物理计算机系统虚拟化为一台或多台虚拟计算机系统，故又可称作系统级虚拟化。每个虚拟计算机系统（简称为虚拟机）都拥有自己的虚拟硬件（如CPU、内存和设备等），来提供一个独立的虚拟机执行环境。每个虚拟机中的操作系统可以完全不同，并且它们的执行环境是完全独立的。由于客户机操作系统所能看到的是硬件抽象层，因此，客户机操作系统的行为和在物理平台上没有什么区别。

操作系统层上的虚拟化是指操作系统的内核可以提供多个互相隔离的用户态实例。这些用户态实例（经常被称为容器）对于它的用户来说就像是一台真实的计算机，有自己独立的文件系统、网络、系统设置和库函数等。

由于这是操作系统内核主动提供的虚拟化，因此操作系统层上的虚拟化通常非常高效，它的虚拟化资源和性能开销非常小，也不需要有硬件的特殊支持。但它的灵活性相对较小，每个容器中的操作系统通常必须是同一种操作系统。另外，操作系统层上的虚拟化虽然为用户态实例间提供了比较强的隔离性，但其粒度是比较粗的。