某中心Firecracker虚拟机的技术原理

自2014年起，某机构通过AWS Lambda提供"无服务器"计算服务。客户无需管理服务器或根据需求波动调整容量，系统自动进行资源调配，客户仅按实际使用量付费。

在构建Lambda初期，面临两种安全方案的选择：一种是快速且资源高效的容器化技术，但客户间隔离性较弱；另一种是虚拟机内运行代码，以计算开销为代价提供更强安全性。基于安全优先原则，最终采用传统虚拟机方案构建Lambda。

为满足客户对更快扩展、更低延迟及预置并发等高级功能的需求，开发团队于2018年11月开源了Firecracker虚拟化平台。该平台融合了硬件虚拟化安全性与容器的资源效率及快速启动优势。在USENIX网络系统设计与实现研讨会（NSDI ‘20）上，研究人员发表了相关技术论文。

技术架构创新

虚拟化堆栈中的关键组件VMM负责设置虚拟化、管理内存和处理I/O（如网络连接和磁盘存储）。传统VMM（如QEMU）复杂度接近完整操作系统，代码量超过140万行。而Firecracker的VMM仅包含5万行Rust代码，较QEMU减少96%代码量。这种精简设计使得：

Firecracker未实现BIOS或PCI总线等传统设备，转而通过优化的virtio接口与客户内核通信。与传统虚拟化环境模拟硬件行为不同，virtio方案使程序明确感知运行在虚拟环境，从而提升协作效率。同时，针对无服务器工作负载特性，主动剔除USB、显示器、音频设备等不必要的硬件支持。

Firecracker目前支撑着AWS Lambda服务，每月处理数万亿次请求，服务数十万客户。这种轻量级虚拟化方案成功实现了安全隔离与资源效率的平衡，为云原生计算提供了新的技术范式。

图示说明：左图显示容器直接访问操作系统内核功能，通过沙盒层限制其他功能访问（标"x"处）；右图显示虚拟机为工作负载提供独立客户内核，并通过硬件虚拟化功能实现隔离。