【摘要】：隨著PC市場的逐漸飽和,“后PC”時代正在到來。上網本,智能手機,平板電腦,音樂播放器,掌上游戲機等各種新型便攜式移動設備不斷涌現,成為新一代移動計算平臺。其中智能手機和平板電腦的發(fā)展更是十分迅速,不僅用戶數量巨大,而且硬件功能日益強大,軟件應用層出不窮,已經成為人們日常生活中不可或缺的一部分。 然而,隨著各種移動設備的快速發(fā)展,它們也面臨著諸多的問題和挑戰(zhàn)。例如,軟硬件功能的不斷增加導致了整個系統(tǒng)越來越復雜,也越來越不穩(wěn)定。各種針對手機等設備的病毒,木馬,惡意軟件和間諜軟件日益增多,威脅人們的隱私和信息安全。強大的功能伴隨著對功耗的高需求,而電池技術發(fā)展緩慢,制約了更多應用的發(fā)展。用戶的數據分布在不同的設備上,管理這些設備和數據變得越來越不方便,等等。本文研究了如何通過系統(tǒng)虛擬化技術來解決新一代移動計算平臺上 的關鍵問題,主要包括以下三個方面的內容。 一、對系統(tǒng)可靠性和安全性的研究。本文研究了如何利用虛擬機技術來提高移動設備的可靠性和安全性。由于ARM是移動設備上最主要的硬件平臺,本文研究了如何對ARM處理器和內存進行虛擬化,特別針對ARM平臺設計和實現了一個虛擬機監(jiān)控器,MobiVMM,能夠在同一臺物理設備上同時運行多個虛擬機。不同的虛擬機之間完全相互隔離,可以運行不同的操作系統(tǒng)。通過把不同的應用程序運行在不同的虛擬機中,可以大大提高整個系統(tǒng)的可靠性和安全性:即使某個虛擬機的運行出了嚴重的問題或者受到了攻擊,其它的虛擬機仍然可以正常運行。除了研究對ARM體系結構進行虛擬化的基本問題以外,MobiVMM還考慮了移動設備的特點,強調了對系統(tǒng)資源的高效利用,并對實時性提供了一定的支持。MobiVMM是第一個專門為ARM平臺從零設計的全新虛擬機監(jiān)控器,具有代碼簡潔,使用系統(tǒng)資源少,功耗低,系統(tǒng)響應快等特點。 二、對設備共享和用戶隱私保護的研究。個人移動設備,特別是手機,是非常私人化的設備,往往存儲了大量的私人數據,比如通話記錄,短信,聯(lián)系人,照片和視頻等。當和其他人共享個人設備時,這些隱私數據必須得到有效的保護。而現有的設備不能對隱私保護提供足夠的支持。本文對設備共享問題進行了深入的研究并第一個設計實現了xShare系統(tǒng)來保護設備共享中的用戶隱私。xShare通過操作系統(tǒng)層面的虛擬化技術來在設備共享時對用戶的隱私數據進行有效的保護。xShare可以在操作系統(tǒng)中動態(tài)創(chuàng)建一個虛擬運行環(huán)境來用于設備共享。在該虛擬環(huán)境下,只有那些被設備主人共享了的數據和應用程序才是可見的,從而保護了那些沒有共享的隱私數據。xShare系統(tǒng)實現具有很好的系統(tǒng)性能和易用性,能夠滿足用戶在共享設備時保護用戶隱私的實際需要。xShare的研究成果發(fā)表在了國際會議MobiSys上,并作為該年5篇最佳論文之一被邀請到IEEE的Transactions on Mobile Computing (TMC)雜志上發(fā)表。其擴展版本進一步被選為IEEE TMC雜志當期的焦點文章。 三、對跨設備用戶計算環(huán)境的研究。很多用戶都在日常生活中使用不同的計算設備。這些設備位于不同的地方,具有不同的操作環(huán)境,運行不同的應用程序并且存儲不同的數據。用戶需要花費大量的時間和精力來管理這些設備和它們上面的數據。為了解決這一問題,本文研究了如何通過應用程序虛擬化技術來創(chuàng)建一個跨設備的用戶計算環(huán)境,從而用戶可以在不同的設備上使用同樣的應用程序和訪問同樣的數據。本文進而設計并實現了DevicePort系統(tǒng),能夠把用戶已經安裝使用的應用程序和底層的操作系統(tǒng)系統(tǒng)分離開來,可以在不同的設備之間對這些應用程序進行遷移。DevicePort能夠遷移包括微軟辦公套件在內的大多數日常使用的應用程序并以它們原有的性能運行這些應用程序。和基于虛擬機的方法相比,DevicePort具有更小的應用程序啟動延遲和更少的處理器開銷,而且更容易部署使用。 這三個方面的研究分別涵蓋了三個不同層面的系統(tǒng)虛擬化技術:硬件級別的虛擬化,操作系統(tǒng)級別的虛擬化,以及應用程序級別的虛擬化。圍繞著新一代移動計算平臺中的實際問題,本文都設計實現了實際可用的系統(tǒng),并進行了全面詳盡的評測。通過這些研究和創(chuàng)新,本文為解決新一代移動計算平臺中的更多問題提供了新的思路和參考。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TN929.53;TP368.3
【圖文】：

圖 1-1 全球 PC，手機以及智能手機的年銷售量，2006-2015 年（來源：IDC，2011 年 3 月）Fig. 1-1 Worldwide PC, mobile phone and smartphone shipments, 2006-2015 (source: IDC, Mar. 2011由于其龐大的用戶群，強大的功能，和豐富的應用程序，手機已經成為一個集訊，娛樂，和計算為一體的，人們日常生活中離不開的重要設備。以手機為代表的移動設備正在取代越來越多 PC 的功能，并成為新一代的移動計算平臺。比如在日本有超過 50%的用戶通過手機而不是 PC 來收發(fā)郵件和瀏覽網頁[1]。將來的手機將會是用戶時刻隨身攜帶的一臺移動的 PC。除了本身具有強大的處理能力以外，它還可通過豐富的網絡接口連接到遠程的 PC 并對它們進行管理和控制。這樣，用戶就能通過手機隨時隨地訪問和使用他們遠程設備上的數據和服務。利用各種短距無線技術，手機還可以連接到周邊設備并利用它們強大的功能。比如，連接到旁邊一個大示設備上，從而突破手機屏幕大小的限制，提高用戶的使用體驗。手機將成為個人計算的中心，是用戶和數字世界溝通的橋梁，并在最終實現無所不在的計算（UbiquitioComputing）中發(fā)揮重要的作用。新一代移動設備的快速發(fā)展也引起了學術界越來越的關注。比如，2007 年

圖 1-2 從左到右：硬件級別的虛擬化，操作系統(tǒng)級別的虛擬化以及應用程序級別的虛擬化Fig. 1-2 From left to right: hardware-level virtualization, operating system-level virtualization andapplication-level virtualization操作系統(tǒng)級別的虛擬化技術的目標是在同一個操作系統(tǒng)下創(chuàng)建相互隔離的運行狀態(tài)和環(huán)境，比如不同的用戶計算環(huán)境或者會話環(huán)境。與傳統(tǒng)的多用戶概念不同的是，這些虛擬的計算環(huán)境通常屬于同一個用戶，只是用于不同的目的，比如隔離不同類別的應用程序。微軟的桌面虛擬化（Microsfot Desktop Virtualization）技術就是操作系統(tǒng)級別的虛擬化技術。應用程序級別的虛擬化技術是要把應用程序和操作系統(tǒng)分離開來，從而達到隔離每個應用程序和在不同的計算機（需要運行相互兼容的操作系統(tǒng)）之間遷移應用程序的目的。與操作系統(tǒng)級別的虛擬化不同的是，應用程序級別的虛擬化針對每一個單獨的應用程序提供虛擬的，相互隔離的系統(tǒng)資源。而操作系統(tǒng)級別的虛擬化只提供有限數目的全局虛擬運行環(huán)境，不同的應用程序可以共享同一個虛擬運行環(huán)境。應用程序級別的虛擬化技術的例子有 Microsoft App-V [82]和 VMware ThinApp [81]等。

圖 2-1 手機虛擬機監(jiān)控器Fig. 2-1 VMM for Mobile Phones已有的手機軟件體系結構相比，MobiVMM 使得遷移數據掛起整個虛擬機，用戶可以很容易地把他們的數據和應用移去。當用戶購買了新手機替換舊手機時，他們不再需原來手機上的數據到新手機上，在新手機上重新安裝需很多的設置。有了 MobiVMM，用戶就可以輕松地把整個后就可以繼續(xù)使用原來的應用程序和數據了。用戶也可以備上，從而如果手機丟失了的話也能夠從備份中恢復已一個適用于手機的虛擬機監(jiān)控器，必須要解決下面幾個源以及功耗。和個人電腦相比，手機的基本功能之一是求，內存和處理器等資源相對有限，而且對功耗非常敏很好地解決這些問題。而在 MobiVMM 的設計中，這些

【引證文獻】

相關期刊論文 前1條

1 張雅念;張德治;何恩;;從GMIC會議看移動互聯(lián)網安全[J];信息安全與通信保密;2013年08期

相關博士學位論文 前1條

1 梁茹冰;移動計算環(huán)境下語義緩存技術研究及應用[D];華南理工大學;2012年

本文編號：2746763