一种面向MIPS平台的系统虚拟机技术方案

本发明专利技术针对MIPS平台无硬件辅助支持等问题，采用轻量级虚拟化技术，公开了一种面向MIPS平台的虚拟机，为上层应用提供了高效的虚拟化基础设施支持。在模块构成上，主要包括物理硬件，宿主OS，虚拟机内核，虚拟硬件，设备模型，客户OS，宿主QEMU进程。在执行模式上，主要包括管理模式，内核模式和用户模式。根据应用需求，该方法克服了MIPS处理器无硬件辅助支持等技术难题并且采用了轻量级的内核级虚拟机技术，即可以满足嵌入式领域的虚拟化应用需求，也可以满足服务器领域的虚拟化应用需求。因此，本发明专利技术具有轻量级，广阔的应用前景和可产生显著的经济效益等特色。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开了一种系统虚拟机，尤其涉及一种面向MIPS平台的系统虚拟机(英文简写为MIPSVM)，MIPS指“无内部互锁流水级的微处理器”(Microprocessor without interlocked piped stages)。属于计算机

技术介绍
系统虚拟化是计算机系统结构与计算机系统软件相结合的一个重要研究方向。它通过在计算机系统硬件和操作系统之间增加虚拟机监控器(Virtual Machine Monitor，简称VMM)，对计算机系统的物理资源进行抽象，隔离硬件系统结构和软件之间的紧密依赖关系；通过动态组织CPU、内存、1/0等多种物理资源，灵活构建多个相互隔离的虚拟计算机， 满足多样化的应用需求；通过发掘应用间的时间和空间的并行性，提高资源的利用率。虚拟化技术在20世纪60年代首次提出，当时主要是为了对大型机硬件进行分区以提高硬件利用率。在20世纪80年代和90年代，由于客户端-服务器应用程序以及价格低廉的x86服务器和台式机的发展，在分布式计算技术日益成熟的同时，虚拟化技术当时基本销声匿迹了。20世纪90年代Windows的广泛使用以及Linux作为服务器操作系统的出现，奠定了 x86服务器的行业标准地位。随着x86服务器和桌面部署的增长，带来了新的如伸缩性、灵活性和可靠性差等IT基础架构和运作难题，这使得虚拟化技术近年来得到了复兴。近年随着云计算的日益推广，虚拟化技术在商业应用上的优势日益体现。虚拟化改变了企业传统的IT基础设施部署和管理方式，大幅提高了基础设施的伸缩性、灵活性和可靠性。其概念已经深入到企业甚至每个人的日常的工作与生活中，成为了目前全球软件产业中发展最快的技术之一。近年来，随着MIPS CPU性能的飞速发展，MIPS CPU的应用已经不仅限于传统的嵌入系统领域，部分高性能的MIPS CPU也被逐渐应用到商用服务器中，也即无论嵌入式还是服务器领域都对MIPS平台及其虚拟化应用需求的日益扩大。另一方面随着虚拟化技术快速发展以来，包括MIPS架构处理器在内的嵌入式处理器领域，对虚拟化技术提出了新的需求。然而，通过对X86，PowerPC (PPC)，MIPS等的对比(表1)可以看出，MIPS CPU存在迫切权利要求1.一种面向MIPS平台的系统虚拟机，基于KVM实现，采用宿主模型架构，其特征在于 该虚拟机主要包括(1)物理硬件物理硬件进一步包括物理CPU，物理内存，物理外设；物理硬件是整个系统虚拟机的硬件基础设施；(2)宿主OS宿主OS为物理硬件提供OS ；(3)虚拟机内核虚拟机内核进一步包括CPU虚拟化子系统、内存虚拟化子系统以及I/ 0虚拟化子系统；虚拟机内核是整个系统虚拟机的核心，它负责虚拟机的创建、销毁、调度， 虚拟机内存的分配、管理，为虚拟机提供物理CPU、物理内存和I/O设备的虚拟抽象，同时与宿主QEMU进程的设备模型协同完成I/O设备的模拟；(4)虚拟硬件虚拟硬件进一步包括虚拟CPU，虚拟内存，虚拟外设；虚拟硬件是整个系统虚拟机的重要输出，为上层客户OS和虚拟化应用提供虚拟硬件支持；(5)设备模型设备模型为宿主QEMU进程提供设备；(6)客户OS客户OS是上层客户机应用和虚拟硬件的中间件；(7)宿主QEMU进程宿主QEMU运行于宿主操作系统的用户空间，主要有两个作用1) 作为虚拟机内核的用户空间操作接口 ；2)协助虚拟机内核完成I/O虚拟化任务。2.如权利要求1所述的一种面向MIPS平台的系统虚拟机的实现方法，该实现方法是基于一种面向MIPS平台的系统虚拟机执行模式，该执行模式在原有Linux操作系统的用户模式和内核模式两种执行模式的基础上，增加了一种管理模式，即一种面向MIPS平台的系统虚拟机执行模式主要包括三种执行模式(1)管理模式管理模式用于执行非I/O的客户机内核代码；(2)内核模式内核模式用于实现到管理模式的切换，并处理那些由于I/O操作而从管理模式退出的代码或者特殊指令，虚拟机内核工作在这种模式下；C3)用户模式用户模式用于执行客户机的用户代码，同时宿主机QEMU进程也运行在这种模式下；基于以上执行模式，一种面向MIPS平台的系统虚拟机实现方法，主要包括如下几个步骤步骤Sl 用户模式下的宿主QEMU进程通过系统调用，进入内核模式； 步骤S2 内核模式中，虚拟机内核为虚拟机创建和初始化虚拟CPU和虚拟内存，然后返回用户模式；步骤S3 用户模式下的宿主QEMU进程再次通过系统调用，进入内核模式； 步骤S4 内核模式中，首先实施步骤S41，然后实施步骤S42 ；步骤S41和步骤S42实施内容如下步骤S41 虚拟机内核准备客户机的运行环境，载入客户机代码；步骤S42 根据上次发生退出前所处的操作模式，相应切换至管理模式或用户模式；步骤S5 判断客户机代码执行过程是否发生异常；如发生异常，则执行步骤S6 ； 步骤S6 进入运行于内核模式的虚拟机内核执行异常处理操作，异常处理后执行S7 ； 步骤S7 进行I/O访问判断，如果是非I/O访问，执行步骤S8。如果是I/O访问，执行SlO ；步骤S8 执行步骤S9并执行步骤S42，即最终重新进入客户机代码运行； 步骤S9 内存虚拟化；步骤SlO 退出到宿主机QEMU进程进行I/O访问的模拟执行，执行完毕后再次进入客户机运行。全文摘要本专利技术针对MIPS平台无硬件辅助支持等问题，采用轻量级虚拟化技术，公开了一种面向MIPS平台的虚拟机，为上层应用提供了高效的虚拟化基础设施支持。在模块构成上，主要包括物理硬件，宿主OS，虚拟机内核，虚拟硬件，设备模型，客户OS，宿主QEMU进程。在执行模式上，主要包括管理模式，内核模式和用户模式。根据应用需求，该方法克服了MIPS处理器无硬件辅助支持等技术难题并且采用了轻量级的内核级虚拟机技术，即可以满足嵌入式领域的虚拟化应用需求，也可以满足服务器领域的虚拟化应用需求。因此，本专利技术具有轻量级，广阔的应用前景和可产生显著的经济效益等特色。文档编号G06F9/455GK102402453SQ201210001268公开日2012年4月4日 申请日期2012年1月4日 优先权日2012年1月4日专利技术者徐威, 肖利民, 阮利 申请人:北京航空航天大学本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：阮利，肖利民，徐威，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：