本文關(guān)鍵詞：系統(tǒng)級(jí)虛擬層內(nèi)核化的研究

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【摘要】：伴隨著計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展,代碼遷移這一課題顯得越發(fā)重要。新的體系結(jié)構(gòu)如果不能廣泛的被應(yīng)用軟件支持,將很難生存下去。龍芯是我國(guó)自主研發(fā)的通用CPU,采用MIPS架構(gòu),它的發(fā)展有著重大的意義。但是,在當(dāng)今處理器市場(chǎng)中,X86架構(gòu)的CPU占據(jù)著主導(dǎo)地位,大量的軟件和操作系統(tǒng)都是基于該平臺(tái)開(kāi)發(fā)。在這樣的環(huán)境下,發(fā)展龍芯及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的首要任務(wù)就是要在軟件層上實(shí)現(xiàn)對(duì)X86架構(gòu)的兼容。解決跨平臺(tái)軟件兼容問(wèn)題的常用方法就是利用動(dòng)態(tài)二進(jìn)制翻譯工具在體系結(jié)構(gòu)之上構(gòu)建一個(gè)虛擬層來(lái)讓目標(biāo)軟件運(yùn)行。目前,動(dòng)態(tài)二進(jìn)制翻譯工具進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)模擬構(gòu)建虛擬層的相關(guān)研究大多是在用戶(hù)空間下的移植和優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上,本文提出了新的思路,內(nèi)嵌跨平臺(tái)無(wú)需硬件支持的虛擬層到操作系統(tǒng)內(nèi)核中去,讓操作系統(tǒng)直接支持虛擬層、讓虛擬層直接與硬件交互,從而提高虛擬層的運(yùn)行效率。 為了驗(yàn)證這一想法,動(dòng)態(tài)二進(jìn)制翻譯工具QEMU被內(nèi)嵌到了Linux內(nèi)核中,以便讓QEMU進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)模擬構(gòu)建出的虛擬層運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)并可以獨(dú)占計(jì)算機(jī)資源。QEMU內(nèi)核化項(xiàng)目的最終目標(biāo)是在龍芯平臺(tái)上構(gòu)建內(nèi)核空間中的虛擬層,而本文則實(shí)現(xiàn)了以X86平臺(tái)為基礎(chǔ)的具有基本功能的內(nèi)核化虛擬層這一近期目標(biāo)。文章首先分析了內(nèi)核化QEMU的主要思路,給出了內(nèi)核化虛擬層的架構(gòu)和大致實(shí)現(xiàn)流程。然后,詳細(xì)介紹了接口移植問(wèn)題。接口移植問(wèn)題的實(shí)質(zhì)是QEMU在用戶(hù)空間使用的庫(kù)函數(shù)的內(nèi)核化問(wèn)題。待移植接口可分為四類(lèi),分別是可直接移植接口、通過(guò)組裝修改可實(shí)現(xiàn)的接口、用內(nèi)核方法可替代的接口和需要重寫(xiě)的接口。解決接口移植問(wèn)題的主要方法是利用內(nèi)核函數(shù)實(shí)現(xiàn)QEMU調(diào)用的庫(kù)函數(shù)的功能。接著,重點(diǎn)分析了內(nèi)核化QEMU的設(shè)備模擬問(wèn)題。為了減少設(shè)備模擬帶來(lái)的性能損耗,解決該問(wèn)題的核心思想是讓虛擬層直接與硬件進(jìn)行交互。在介紹設(shè)備模擬問(wèn)題時(shí),以VGA顯卡直通、虛擬層輸入問(wèn)題和內(nèi)核化QEMU的DMA模擬方案為例進(jìn)行了詳細(xì)的分析。最后,含有QEMU的Linux內(nèi)核被部署在X86平臺(tái)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。通過(guò)一系列的測(cè)試表明,內(nèi)核化QEMU的性能確實(shí)得到了一定的提升,從而證明了本文提出的優(yōu)化思路是有效的。通過(guò)本文對(duì)內(nèi)核化虛擬層的研究,為如何在龍芯上構(gòu)建跨平臺(tái)并且高效的系統(tǒng)級(jí)虛擬層提供了一個(gè)新的思路。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TP303

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前8條

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本文編號(hào)：1295619