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基于Xen安全计算机虚拟设备模型研究及显示优化的实现

作　者: 周魏
导　师: 刘发贵；刘钢
学　校: 华南理工大学
专　业: 软件工程
关键词: Xen 安全计算机 虚拟设备模型 Frame Buffer 设备驱动
分类号: TP302
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


近年来信息化技术的飞速发展,个人计算机的使用在各个领域逐渐得到普及,但是随着全球信息化程度不断提高,信息安全问题日益受到各领域的关注,由此引发了对具有安全功能的计算机产品的需求。基于Xen安全计算机充分发挥了虚拟化技术的先天安全特性及硬件防护的功能,通过在具有硬件保护及支持虚拟化的硬件上,向用户提供多个相互隔离的虚拟客户系统,并对整个虚拟环境进行管理和监控,以保证虚拟客户计算环境的安全。虚拟化技术虽可以复用硬件平台,提供多个隔离虚拟系统环境,但是由此引发虚拟客户系统的运行性能的不理想,特别是虚拟客户系统的显示效果。本文通过对虚拟设备模型研究,基于Xen安全计算机环境上通过改进原有虚拟设备实现方式,采用全新的显示实现方式,有效的改进了虚拟客户系统的显示环境。本文基于现阶段安全计算机、设备虚拟化以及虚拟显示技术的研究现状,提出了复用经典虚拟设备模型而采用创新的显示实现方式来优化显示环境。由于本文的所有工作都是基于Xen安全计算机及虚拟设备模型,本文第二章对基于Xen全计算机软硬件系统架构进行全面的分析,并详细分析了其中虚拟设备模型的实现原理。虚拟显示设备的实现也基于之前分析的设备模型,本文第三章着重分析Xen虚拟显示的实现,并针对虚拟显示的不足之处提出了显示优化方案。本文的第四、五章分别从虚拟显示后端设备、虚拟显示前端驱动及前后端通信三个方面进行详细的设计及实现方案的讨论,最终实现了一款PCI接口的EMOS VGA虚拟显示设备,该设备基于Frame Buffer显示环境工作,通过前端基于Windows的显示驱动程序,及前后端共享内存的交互方式,可以完成虚拟客户系统在Frame Buffer环境的显示工作。最后对优化方案进行功能和性能测试,通过客观的实验数据,证明优化后的显示环境在用户体验和系统性能方面都有了显著的提高,正好满足了安全计算机在桌面环境上对用户体验的需求。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章 绪论  11-17
  1.1 课题背景及意义  11-12
  1.2 相关研究现状  12-15
    1.2.1 安全计算机研究现状  12-13
    1.2.2 设备虚拟化研究现状  13-14
    1.2.3 虚拟显示优化研究现状  14
    1.2.4 研究现状综述  14-15
  1.3 主要工作及研究内容  15
  1.4 论文组织结构  15-16
  1.5 本章小结  16-17
第二章 基于Xen安全计算机及虚拟设备模型研究  17-30
  2.1 基于Xen安全计算机系统架构  17-21
    2.1.1 安全计算机概述  17
    2.1.2 安全计算机硬件架构  17-19
    2.1.3 Xen虚拟机监视器架构  19-21
    2.1.4 安全计算机软件架构  21
  2.2 虚拟化技术相关概念  21-23
    2.2.1 CPU虚拟化概念  22
    2.2.2 内存虚拟化概念  22
    2.2.3 设备虚拟化概念  22-23
  2.3 Xen虚拟设备模型及原理分析  23-25
    2.3.1 虚拟设备模型框架  23-24
    2.3.2 Xen虚拟设备模型实现原理  24-25
  2.4 Xen虚拟设备模型实现机制  25-28
    2.4.1 软件模拟实现机制  25-27
    2.4.2 硬件辅助实现机制  27-28
    2.4.3 设备虚拟机制对比  28
  2.5 本章小结  28-30
第三章 Xen虚拟显示环境优化方案  30-40
  3.1 显示设备虚拟化原理  30-31
  3.2 Xen显示设备实现  31-36
    3.2.1 Xen虚拟显示相关接口分析  31-33
    3.2.2 Std VGA显示设备实现  33-34
    3.2.3 Cirrus VGA显示设备实现  34-36
  3.3 Xen虚拟显示环境缺陷分析  36-37
    3.3.1 设备实现复杂  36
    3.3.2 通信机制开销大  36-37
    3.3.3 外部图形库性能瓶颈  37
  3.4 Xen虚拟显示环境改进策略  37-38
    3.4.1 简化后端实现机制  37-38
    3.4.2 定制前端驱动  38
    3.4.3 改善通信方式  38
  3.5 本章小结  38-40
第四章 安全计算机显示优化的设计  40-50
  4.1 总体设计及系统架构  40-41
  4.2 后端设备设计  41-46
    4.2.1 后端显示设备设计概述  41-42
    4.2.2 PCI显示设备设计  42-44
    4.2.3 Frame Buffer访问设计  44-46
  4.3 前端驱动设计  46-47
    4.3.1 前端驱动设计概述  46
    4.3.2 显示驱动架构  46-47
  4.4 前后端通信机制设计  47-49
    4.4.1 前后端通信概述  47-48
    4.4.2 前后端通信方式  48-49
  4.5 本章小结  49-50
第五章 安全计算机显示优化的实现  50-64
  5.1 后端设备实现  50-56
    5.1.1 后端显示设备实现概述  50
    5.1.2 设备初始化  50-55
    5.1.3 设备工作流程  55-56
  5.2 前端驱动实现  56-60
    5.2.1 前端驱动实现概述  56
    5.2.2 基于GDI显示驱动实现  56-60
  5.3 前后端通信机制实现  60-62
    5.3.1 前后端通信实现概述  60
    5.3.2 I/O端口注册实现通信  60-61
    5.3.3 共享内存实现通信  61-62
  5.4 本章小结  62-64
第六章 测试与分析  64-73
  6.1 测试环境  64-65
  6.2 功能测试  65-66
  6.3 性能测试  66-72
    6.3.1 Xen后端环境性能测试  66-68
    6.3.2 前端显示环境性能测试  68-72
  6.4 本章小结  72-73
结论  73-75
参考文献  75-78
攻读硕士学位期间取得的研究成果  78-79
致谢  79

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 一般性问题 > 设计与性能分析
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