基于VT-x的处理器虚拟化技术研究

作　者: 时光
导　师: 郭玉东
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 虚拟化虚拟机监控器虚拟机处理器虚拟化基于信用度的调度
分类号: TP332
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 83次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

随着系统资源在规模上的不断扩展,计算机领域面临着如何充分利用硬件资源的重大问题。虚拟化技术作为一种新型计算模式成为解决此类问题的关键,虚拟机监控器的学位论文">虚拟机监控器(VMM)是实施虚拟化的基础。目前VMM采用了多种手段实现处理器虚拟化和虚拟机管理,其中Intel VT-x技术在硬件级别上提供了相当程度的支持。由于VT-x技术与其他多种处理器虚拟化方法共存,同时硬件平台和应用环境也存在较大差异,因此需要在采用VT-x技术的基础上兼顾到其它多种影响因素,以最大程度的发挥硬件潜能。本文在一种协作型VMM框架下,完成了基于VT-x平台的处理器虚拟化和虚拟机管理两大子系统的设计与实现,主要解决了以下四个方面问题:1、通过在在多处理器平台上采用基于主体的处理器划分方式,隔离了VMM和IO处理机(IOPM)对处理器的控制冲突,使处理器分配方式能够满足协作模型的特殊需求。2、设计了基于VT-x的处理器虚拟化方案,在处理器操作模式转换的基础上,完成虚拟处理器(VCPU)执行环境构造。VCPU行为限制,有效实现了处理器虚拟化。进一步提出一种用户可配置虚拟机控制结构的方案,以提升某些应用环境中的虚拟化性能。3、针对协作模型对VCPU调度的影响,在对各种VCPU调度算法比对筛选的基础上,提出了一种静态分配与动态调度相结合的调度策略,并依此设计了改进型的s-credit调度算法,能够较好的兼顾I/O密集型和计算密集型应用。4、依据协作模型的特点,设计出一种轻量级的虚拟机管理结构,体积小巧层次清晰,并建立了用户交互模型,能够为用户提供便利的虚拟机管理接口。本文在VMM原型系统中完成了上述工作,对I/O密集型和计算密集型应用在虚拟化系统中的效率进行了测试。进一步在对VCPU退出测试的基础上,将退出原因进行基于概率的分类统计,为性能优化提供了参考依据。实验结果表明,本文完成的相关工作可以满足协作型VMM对处理器的各种需求,在处理器虚拟化及虚拟机管理方面具备较高的效率。

全文目录

表目录  7-8
图目录  8-10
摘要  10-11
ABSTRACT  11-12
第一章绪论  12-18
  1.1 课题背景  12-14
    1.1.1 虚拟化与虚拟机监控器的学位论文">虚拟机监控器  13
    1.1.2 应用价值  13-14
  1.2 虚拟化研究现状与未来趋势  14-16
  1.3 研究内容  16
  1.4 论文组织结构  16-18
第二章处理器虚拟化技术分析  18-30
  2.1 处理器虚拟化概述  18-23
    2.1.1 处理器虚拟化的基本概念  18-19
    2.1.2 处理器虚拟化的实现技术  19-21
    2.1.3 传统x86 处理器ISA 分析  21-23
  2.2 x86 处理器虚拟化方法  23-25
    2.2.1 二进制翻译  23-24
    2.2.2 半虚拟化技术  24
    2.2.3 预虚拟化技术  24
    2.2.4 硬件辅助虚拟化  24-25
  2.3 Intel VT-x 技术  25-29
    2.3.1 虚拟机扩展  25-26
    2.3.2 VMX 模式  26-27
    2.3.3 虚拟机控制结构  27-28
    2.3.4 VT-x 技术分析  28-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章处理器虚拟化设计与实现  30-46
  3.1 研究基础  30-31
  3.2 基于协作型VMM 的处理器虚拟化方案设计  31-32
  3.3 处理器虚拟化需求分析  32-33
  3.4 VCPU 执行环境构造  33-38
    3.4.1 处理器操作模式转换分析  33-35
    3.4.2 VMX 模式转换流程  35-36
    3.4.3 VMX 模式进入与退出  36-37
    3.4.4 虚拟实模式与保护模式构造  37-38
  3.5 VCPU 行为控制  38-44
    3.5.1 VCPU 控制流程  39-40
    3.5.2 VCPU 创建  40-41
    3.5.3 VCPU 上下文切换  41-42
    3.5.4 VCPU 退出  42-43
    3.5.5 VCPU 返回  43
    3.5.6 用户可配置VMCS  43-44
  3.6 本章小结  44-46
第四章协作模型中的VCPU 调度  46-60
  4.1 调度需求分析  46-49
    4.1.1 虚拟环境对调度的需求  46-47
    4.1.2 协作模型对调度的影响  47-48
    4.1.3 调度模型  48-49
  4.2 调度算法筛选  49-50
    4.2.1 调度算法特性分析  49-50
    4.2.2 s-credit 调度算法  50
  4.3 基于协作型VMM 的调度算法设计  50-54
    4.3.1 s-credit 调度算法特性  51-52
    4.3.2 s-credit 算法调度流程  52-54
  4.4 s-credit 调度算法实现  54-58
    4.4.1 调度算法数据结构  54-56
    4.4.2 调度处理函数  56-57
    4.4.3 调度处理流程  57-58
  4.5 本章小结  58-60
第五章协作模型中的虚拟机管理  60-72
  5.1 虚拟机管理设计  60-61
    5.1.1 需求分析  60
    5.1.2 管理方案  60-61
  5.2 虚拟机管理结构  61-66
    5.2.1 结构组织  62
    5.2.2 Domain 结构  62-64
    5.2.3 VCPU 结构  64-66
  5.3 虚拟机管理实现  66-69
    5.3.1 虚拟机创建  66-67
    5.3.2 虚拟机加载  67
    5.3.3 虚拟机调度  67-68
    5.3.4 虚拟机销毁  68-69
  5.4 虚拟机管理接口  69-71
    5.4.1 用户接口模型  69
    5.4.2 用户接口实现  69-71
  5.5 本章小结  71-72
第六章测试与分析  72-78
  6.1 测试环境与指标  72
  6.2 调度测试  72-75
    6.2.1 调度对I/O 处理机的影响  72-74
    6.2.2 调度对虚拟机的影响  74-75
  6.3 VCPU 退出测试  75-76
  6.4 虚拟机管理功能测试  76-77
  6.5 本章小结  77-78
结束语  78-80
参考文献  80-83
作者简历攻读硕士学位期间完成的主要工作  83-84
致谢  84

基于VT-x的处理器虚拟化技术研究

内容摘要

全文目录

相似论文