系統(tǒng)級(jí)虛擬層內(nèi)核化的研究.pdf

1、伴隨著計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展，代碼遷移這一課題顯得越發(fā)重要。新的體系結(jié)構(gòu)如果不能廣泛的被應(yīng)用軟件支持，將很難生存下去。龍芯是我國(guó)自主研發(fā)的通用CPU，采用MIPS架構(gòu)，它的發(fā)展有著重大的意義。但是，在當(dāng)今處理器市場(chǎng)中，X86架構(gòu)的CPU占據(jù)著主導(dǎo)地位，大量的軟件和操作系統(tǒng)都是基于該平臺(tái)開(kāi)發(fā)。在這樣的環(huán)境下，發(fā)展龍芯及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的首要任務(wù)就是要在軟件層上實(shí)現(xiàn)對(duì)X86架構(gòu)的兼容。解決跨平臺(tái)軟件兼容問(wèn)題的常用方法就是利用動(dòng)態(tài)二進(jìn)制翻譯工具

2、在體系結(jié)構(gòu)之上構(gòu)建一個(gè)虛擬層來(lái)讓目標(biāo)軟件運(yùn)行。目前，動(dòng)態(tài)二進(jìn)制翻譯工具進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)模擬構(gòu)建虛擬層的相關(guān)研究大多是在用戶空間下的移植和優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上，本文提出了新的思路，內(nèi)嵌跨平臺(tái)無(wú)需硬件支持的虛擬層到操作系統(tǒng)內(nèi)核中去，讓操作系統(tǒng)直接支持虛擬層、讓虛擬層直接與硬件交互，從而提高虛擬層的運(yùn)行效率。
　　為了驗(yàn)證這一想法，動(dòng)態(tài)二進(jìn)制翻譯工具QEMU被內(nèi)嵌到了Linux內(nèi)核中，以便讓QEMU進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)模擬構(gòu)建出的虛擬層運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)并可以獨(dú)

3、占計(jì)算機(jī)資源。QEMU內(nèi)核化項(xiàng)目的最終目標(biāo)是在龍芯平臺(tái)上構(gòu)建內(nèi)核空間中的虛擬層，而本文則實(shí)現(xiàn)了以X86平臺(tái)為基礎(chǔ)的具有基本功能的內(nèi)核化虛擬層這一近期目標(biāo)。文章首先分析了內(nèi)核化QEMU的主要思路，給出了內(nèi)核化虛擬層的架構(gòu)和大致實(shí)現(xiàn)流程。然后，詳細(xì)介紹了接口移植問(wèn)題。接口移植問(wèn)題的實(shí)質(zhì)是QEMU在用戶空間使用的庫(kù)函數(shù)的內(nèi)核化問(wèn)題。待移植接口可分為四類，分別是可直接移植接口、通過(guò)組裝修改可實(shí)現(xiàn)的接口、用內(nèi)核方法可替代的接口和需要重寫(xiě)的接口。解

4、決接口移植問(wèn)題的主要方法是利用內(nèi)核函數(shù)實(shí)現(xiàn)QEMU調(diào)用的庫(kù)函數(shù)的功能。接著，重點(diǎn)分析了內(nèi)核化QEMU的設(shè)備模擬問(wèn)題。為了減少設(shè)備模擬帶來(lái)的性能損耗，解決該問(wèn)題的核心思想是讓虛擬層直接與硬件進(jìn)行交互。在介紹設(shè)備模擬問(wèn)題時(shí)，以VGA顯卡直通、虛擬層輸入問(wèn)題和內(nèi)核化QEMU的DMA模擬方案為例進(jìn)行了詳細(xì)的分析。最后，含有QEMU的Linux內(nèi)核被部署在X86平臺(tái)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。通過(guò)一系列的測(cè)試表明，內(nèi)核化QEMU的性能確實(shí)得到了一定的提升，從而