本文關鍵詞：系統(tǒng)級虛擬層內核化的研究

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【摘要】：伴隨著計算機體系結構的快速發(fā)展,代碼遷移這一課題顯得越發(fā)重要。新的體系結構如果不能廣泛的被應用軟件支持,將很難生存下去。龍芯是我國自主研發(fā)的通用CPU,采用MIPS架構,它的發(fā)展有著重大的意義。但是,在當今處理器市場中,X86架構的CPU占據著主導地位,大量的軟件和操作系統(tǒng)都是基于該平臺開發(fā)。在這樣的環(huán)境下,發(fā)展龍芯及其相關產業(yè)鏈的首要任務就是要在軟件層上實現對X86架構的兼容。解決跨平臺軟件兼容問題的常用方法就是利用動態(tài)二進制翻譯工具在體系結構之上構建一個虛擬層來讓目標軟件運行。目前,動態(tài)二進制翻譯工具進行系統(tǒng)級模擬構建虛擬層的相關研究大多是在用戶空間下的移植和優(yōu)化。在此基礎上,本文提出了新的思路,內嵌跨平臺無需硬件支持的虛擬層到操作系統(tǒng)內核中去,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行效率。 為了驗證這一想法,動態(tài)二進制翻譯工具QEMU被內嵌到了Linux內核中,以便讓QEMU進行系統(tǒng)級模擬構建出的虛擬層運行在內核態(tài)并可以獨占計算機資源。QEMU內核化項目的最終目標是在龍芯平臺上構建內核空間中的虛擬層,而本文則實現了以X86平臺為基礎的具有基本功能的內核化虛擬層這一近期目標。文章首先分析了內核化QEMU的主要思路,給出了內核化虛擬層的架構和大致實現流程。然后,詳細介紹了接口移植問題。接口移植問題的實質是QEMU在用戶空間使用的庫函數的內核化問題。待移植接口可分為四類,分別是可直接移植接口、通過組裝修改可實現的接口、用內核方法可替代的接口和需要重寫的接口。解決接口移植問題的主要方法是利用內核函數實現QEMU調用的庫函數的功能。接著,重點分析了內核化QEMU的設備模擬問題。為了減少設備模擬帶來的性能損耗,解決該問題的核心思想是讓虛擬層直接與硬件進行交互。在介紹設備模擬問題時,以VGA顯卡直通、虛擬層輸入問題和內核化QEMU的DMA模擬方案為例進行了詳細的分析。最后,含有QEMU的Linux內核被部署在X86平臺上進行了實驗。通過一系列的測試表明,內核化QEMU的性能確實得到了一定的提升,從而證明了本文提出的優(yōu)化思路是有效的。通過本文對內核化虛擬層的研究,為如何在龍芯上構建跨平臺并且高效的系統(tǒng)級虛擬層提供了一個新的思路。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TP303

【參考文獻】

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本文編號：1295619