隨著系統(tǒng)虛擬化技術(shù)的不斷發(fā)展,處理器虛擬化和內(nèi)存虛擬化在功能上逐步完善,性能也日益提高。但設(shè)備虛擬化仍然是制約虛擬化整體性能的瓶頸所在,因此為VMM提供高效的設(shè)備虛擬化模型是目前系統(tǒng)虛擬化中亟待解決的問題之一。 設(shè)備虛擬化的目標(biāo)是為客戶機(jī)提供可復(fù)用的虛擬設(shè)備,需要在滿足客戶機(jī)對設(shè)備透明訪問的同時,保證設(shè)備訪問的可靠性、高效性和安全性�，F(xiàn)有的設(shè)備虛擬化模型面臨的主要問題在于驅(qū)動程序給VMM本身帶來的安全風(fēng)險,設(shè)備更新和系統(tǒng)升級的不便性,IO處理延遲等。 針對上述問題,本文采用了另一種形式的分離驅(qū)動模型,借助多核平臺將特權(quán)域從虛擬機(jī)中轉(zhuǎn)移到了一個IO處理機(jī)中。該IO處理機(jī)以對等的形式與VMM同時運(yùn)行在一臺機(jī)器上,能夠消除由于調(diào)度引發(fā)的IO處理延遲,同時避免頻繁的特權(quán)級切換。在此基礎(chǔ)上, 本文設(shè)計(jì)了通用的設(shè)備虛擬化模型,主要內(nèi)容包括以下四個方面: 1、虛擬設(shè)備構(gòu)造。利用客戶機(jī)啟動對其BIOS的依賴,按照真實(shí)系統(tǒng)配置以及用戶的要求完成客戶機(jī)BIOS數(shù)據(jù)配置為客戶機(jī)提供一套虛擬的設(shè)備映像,使得客戶機(jī)可以通過虛擬BIOS完成對設(shè)備的檢測。 2、IO操作截獲與解析。利用處理器或內(nèi)存虛擬化技術(shù)截獲客戶機(jī)向虛擬設(shè)備發(fā)起的IO請求,并進(jìn)一步對IO請求信息進(jìn)行解析,以獲得具體的IO請求內(nèi)容,向設(shè)備模型提供IO信息來源。 3、數(shù)據(jù)地址空間轉(zhuǎn)換。IO請求處理過程中,涉及到數(shù)據(jù)在客戶機(jī)地址空間、VMM地址空間、IO共享數(shù)據(jù)區(qū)之間的傳遞,完成了三者之間的地址轉(zhuǎn)換。 4、關(guān)鍵設(shè)備模擬。采用軟件模擬方式完成了設(shè)備模擬的一般實(shí)現(xiàn)方法并實(shí)現(xiàn)了DMA控制器和網(wǎng)卡的基本功能。通過對DMA和網(wǎng)卡的模擬,VMM可以響應(yīng)客戶機(jī)的DMA請求并完成部分網(wǎng)絡(luò)傳輸功能,具有較好的性能。 測試表明,本文實(shí)現(xiàn)的DMA虛擬化操作相較于非虛擬化環(huán)境下DMA操作性能有將近15%的損耗,實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)卡虛擬化性能比非虛擬化環(huán)境降低了22%左右,略高于目前的DMA和網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn),但與非虛擬化環(huán)境相比也有一定的差距。這表明本文設(shè)計(jì)的設(shè)備虛擬化模型一定程度上能夠提高IO性能,具備通用、穩(wěn)定特性,可以為下一步的系統(tǒng)虛擬化設(shè)計(jì)與改進(jìn)提供指導(dǎo)意義。
【學(xué)位單位】：解放軍信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：TP332
【文章目錄】：
表目錄
圖目錄
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 課題背景
        1.1.1 虛擬化定義
        1.1.2 虛擬機(jī)和虛擬機(jī)監(jiān)控器
        1.1.3 虛擬化技術(shù)應(yīng)用
    1.2 系統(tǒng)虛擬化研究歷程
        1.2.1 系統(tǒng)虛擬化的歷史
        1.2.2 系統(tǒng)虛擬化研究現(xiàn)狀
        1.2.3 系統(tǒng)虛擬化中的問題與解決方案
    1.3 課題來源和研究內(nèi)容
    1.4 論文組織結(jié)構(gòu)
第二章 設(shè)備虛擬化技術(shù)研究
    2.1 設(shè)備虛擬化概述
    2.2 設(shè)備虛擬化的關(guān)鍵問題
    2.3 設(shè)備虛擬化解決方案
        2.3.1 VMM 直接驅(qū)動方式
        2.3.2 VMM 分離驅(qū)動方式
        2.3.3 硬件輔助設(shè)備虛擬化
    2.4 Intel VT-x 技術(shù)
    2.5 Intel VT-d 技術(shù)
        2.5.1 直接設(shè)備訪問機(jī)制
        2.5.2 DMA 重映射機(jī)制
        2.5.3 中斷重映射機(jī)制
    2.6 多核平臺中的設(shè)備虛擬化問題
    2.7 本章小結(jié)
第三章 設(shè)備虛擬化模型設(shè)計(jì)
    3.1 設(shè)備虛擬化的研究基礎(chǔ)
    3.2 設(shè)備虛擬化需求分析
    3.3 基于協(xié)作型VMM 的設(shè)備虛擬化模型
    3.4 設(shè)備虛擬化模型子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
        3.4.1 虛擬設(shè)備構(gòu)造子系統(tǒng)
        3.4.2 IO 操作截獲與解析子系統(tǒng)
        3.4.3 數(shù)據(jù)地址空間轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)
        3.4.4 設(shè)備模擬子系統(tǒng)
    3.5 模型設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題分析
    3.6 本章小結(jié)
第四章 設(shè)備虛擬化模型實(shí)現(xiàn)
    4.1 基于虛擬BIOS 的設(shè)備構(gòu)造
        4.1.1 設(shè)備構(gòu)造內(nèi)容
        4.1.2 外圍設(shè)備構(gòu)造
        4.1.3 用戶配置信息
        4.1.4 處理器配置表構(gòu)造
        4.1.5 物理內(nèi)存布局構(gòu)造
    4.2 IO 操作的截獲與解析
        4.2.1 IO 操作信息描述
        4.2.2 IO 操作截獲
        4.2.3 IO 指令解析
        4.2.4 MMIO 解析
    4.3 數(shù)據(jù)地址空間轉(zhuǎn)換
        4.3.1 讀操作中的地址轉(zhuǎn)換
        4.3.2 寫操作中的地址轉(zhuǎn)換
    4.4 本章小結(jié)
第五章 關(guān)鍵設(shè)備模擬實(shí)現(xiàn)
    5.1 設(shè)備模擬實(shí)現(xiàn)思路
        5.1.1 設(shè)備模擬的基本方法
        5.1.2 設(shè)備模擬的必要內(nèi)容
    5.2 模擬DMA 實(shí)現(xiàn)
        5.2.1 8237A 工作原理分析
        5.2.2 8237A 寄存器構(gòu)造
        5.2.3 8237A 端口屬性與分配
        5.2.4 8237A 數(shù)據(jù)處理流程
    5.3 模擬網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)
        5.3.1 8390 工作原理分析
        5.3.2 8390 端口屬性與分配
        5.3.3 8390 數(shù)據(jù)處理流程
    5.4 本章小結(jié)
第六章 測試與分析
    6.1 測試環(huán)境和目的
    6.2 指令截獲和轉(zhuǎn)換測試
    6.3 DMA 測試與分析
    6.4 網(wǎng)卡測試與分析
    6.5 本章小結(jié)
結(jié)束語
    一、論文工作總結(jié)
    二、工作展望
參考文獻(xiàn)
作者簡歷 攻讀碩士學(xué)位期間完成的主要工作
    一、 個人簡歷
    二、 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
    三、 攻讀碩士學(xué)位期間的科研情況
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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2 周斌;張瑩;;虛擬化技術(shù)性能分析與比較[J];現(xiàn)代計(jì)算機(jī)(專業(yè)版);2009年05期

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3 孫昱;虛擬機(jī)Xen及其實(shí)時遷移技術(shù)研究[D];上海交通大學(xué);2008年

本文編號：2873076