在計(jì)算機(jī)科學(xué)中,虛擬化技術(shù)被認(rèn)為是可以組合或分割現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)資源,使得這些資源表現(xiàn)為一個(gè)或多個(gè)操作系統(tǒng)環(huán)境,從而提供優(yōu)于原有資源配置的一種新技術(shù)。虛擬化技術(shù)就是對(duì)計(jì)算機(jī)資源的重新分配,提高計(jì)算機(jī)資源的利用率。 模擬器是比較早的一種虛擬化技術(shù),這種技術(shù)只模擬物理機(jī)器的最小的一個(gè)指令的集合。由于這是一個(gè)完全的軟件解決方案,每一條Guest OS的指令都需要監(jiān)控程序翻譯執(zhí)行,性能一直不高,但是可以支持比較廣泛的操作系統(tǒng)。相對(duì)而言,泛虛擬化技術(shù)已經(jīng)比較成熟,可以比較穩(wěn)定地啟動(dòng)修改過的Guest OS,經(jīng)過測試,具有比較好的性能。但是,泛虛擬化技術(shù)所支持的Guest OS必須要經(jīng)過修改。只有那些開源的操作系統(tǒng)才可以作為Guest OS,而商業(yè)的OS則被拒之門外。 本文研究的硬件虛擬化技術(shù)就是對(duì)模擬器和泛虛擬化技術(shù)的一種結(jié)合,不但要獲得接近真實(shí)物理機(jī)器的性能,同時(shí),也要支持更為廣泛的Guest OS,成功地啟動(dòng)未經(jīng)過修改的Guest OS。 本文首先對(duì)虛擬化技術(shù)研究的意義和國內(nèi)外研究情況進(jìn)行了介紹,闡述了目前虛擬化技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的研究成果�？偨Y(jié)出虛擬化技術(shù)的基本理論。通過虛擬化技術(shù)的特征對(duì)其進(jìn)行分類,對(duì)比各類虛擬化技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用的領(lǐng)域。 文章重點(diǎn)介紹我們對(duì)基于硬件指令支持的虛擬機(jī)的研究。我們預(yù)測,這類虛擬機(jī)具有比較好的性能。本文詳細(xì)的闡述了這類虛擬機(jī)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),其中包括虛擬機(jī)的CPU的虛擬化,涉及到物理CPU與VCPU的映射和調(diào)度;在內(nèi)存虛擬化方面,我們采用了影子頁表技術(shù)。通過閱讀本文,讀者可以完全了解硬件虛擬機(jī)是如何工作的,按照本文所描述的步驟,借助參考文獻(xiàn)讀者可以自己完成一個(gè)簡單的虛擬機(jī)。 虛擬化技術(shù)在最近幾年從技術(shù)上日趨成熟,并且開始走向多樣化。應(yīng)用相當(dāng)廣泛,并且起著重要的作用,尤其是在服務(wù)器和存儲(chǔ)領(lǐng)域,虛擬化技術(shù)將發(fā)揮決定性的作用。限于篇幅,文中只對(duì)常見的應(yīng)用作了簡要的說明。 最后,我們成功地啟動(dòng)未經(jīng)過修改的Guest OS。性能測試報(bào)告證明,我們設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的虛擬機(jī)性能接近真實(shí)的物理機(jī)器,成功地達(dá)到了我們預(yù)期的目標(biāo)。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類】：TP391.9;TP303
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 引言
    1.1 選題背景
    1.2 國內(nèi)外虛擬化技術(shù)研究現(xiàn)狀
    1.3 本人所做的研究工作
    1.4 本文創(chuàng)新點(diǎn)
    1.5 論文的結(jié)構(gòu)
第二章 虛擬化技術(shù)概述
    2.1 虛擬化技術(shù)的基本概念
    2.2 虛擬化的理論基礎(chǔ)
    2.3 認(rèn)識(shí)虛擬化技術(shù)
    2.4 虛擬化技術(shù)分類
        2.4.1 硬件層
        2.4.2 硬件抽象層
        2.4.3 指令集架構(gòu)層
        2.4.4 操作系統(tǒng)層
        2.4.5 庫函數(shù)層
        2.4.6 應(yīng)用層
    2.5 虛擬化技術(shù)對(duì)比
    2.6 規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)化
    2.7 設(shè)計(jì)虛擬機(jī)應(yīng)考慮的幾個(gè)因素
    2.8 國內(nèi)外虛擬化研究進(jìn)展
        2.8.1 VMware
        2.8.2 KVM
        2.8.3 容器虛擬化技術(shù)
    2.9 虛擬機(jī)的典型應(yīng)用
    2.10 本章小結(jié)
第三章 處理器的虛擬化
    3.1 泛虛擬化技術(shù)中CPU的虛擬化
    3.2 虛擬化技術(shù)的硬件支持
        3.2.1 虛擬機(jī)的生命周期
        3.2.2 虛擬機(jī)控制結(jié)構(gòu)（VMCS）
        3.2.3 虛擬機(jī)指令
    3.3 硬件虛擬機(jī)CPU的虛擬化
        3.3.1 HVM體系結(jié)構(gòu)模型
        3.3.2 HVM工作原理
    3.4 HVM對(duì)稱多處理器的支持
        3.4.1 UP和SMP中斷系統(tǒng)
        3.4.2 硬件虛擬機(jī)的SMP架構(gòu)
        3.4.3 多處理器資源的配置和檢測
        3.4.4 中斷處理
        3.4.5 多處理器的啟動(dòng)
    3.5 本章小結(jié)
第四章 內(nèi)存的虛擬化
    4.1 操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理回顧
    4.2 內(nèi)存虛擬化的常見方法
        4.2.1 實(shí)施內(nèi)存虛擬化的原因
        4.2.2 內(nèi)存虛擬化常見方法
    4.3 影子頁表理論基礎(chǔ)
        4.3.1 影子頁表的引入
        4.3.2 影子頁表的工作原理
        4.3.3 LA到HPA的轉(zhuǎn)換過程
        4.3.4 影子頁表的創(chuàng)建
    4.4 影子頁表的實(shí)現(xiàn)
        4.4.1 虛擬TLB機(jī)制
        4.4.2 缺頁的處理
        4.4.3 INVLPG指令仿真
        4.4.4 CR3切換仿真
    4.5 影子頁表優(yōu)化
        4.5.1 優(yōu)化算法設(shè)計(jì)
        4.5.2 GPT和SPT的同步
    4.6 本章小結(jié)
第五章 虛擬機(jī)的性能優(yōu)化和測試
    5.1 性能測試方案的設(shè)計(jì)
        5.1.1 確定測試點(diǎn)
        5.1.2 設(shè)計(jì)測試方案
    5.2 確定性能瓶頸
        5.2.1 測試方案的改進(jìn)
        5.2.2 測試結(jié)果分析
    5.3 解決方案
    5.4 硬件虛擬機(jī)綜合性能測試報(bào)告
        5.4.1 基準(zhǔn)測試工具的選擇
        5.4.2 測試環(huán)境
        5.4.3 性能測試報(bào)告
        5.4.4 性能可擴(kuò)展性測試報(bào)告
    5.5 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論
    6.1 結(jié)論
    6.2 下一步工作的展望
致謝
參考文獻(xiàn)
個(gè)人簡歷以及研究成果

【引證文獻(xiàn)】

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1 孔思淇;潘澤友;;虛擬化主機(jī)技術(shù)在企業(yè)中的應(yīng)用[J];兵工自動(dòng)化;2011年08期

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4 方明;X86架構(gòu)I/O子系統(tǒng)仿真技術(shù)研究與設(shè)計(jì)[D];解放軍信息工程大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2850976