VMX虚拟机设备模型设计研究与虚拟网卡实现

摘要

随着互联网的发展，对软件兼容性和可移植性需求剧增，虚拟机的发展进入了一个繁荣的时代。同时，随着x86服务器市场的快速增长，x86虚拟机更是为人们看好。根据VMM（Virtual Machine Monitor）抽象的虚拟机架构的不同，或根据是否需要修改客户操作系统，虚拟化技术又可以分为泛虚拟化（Paravirtualization）和完全虚拟化（Full-virtualization）。所以目前x86平台下的主流虚拟机有两种：完全虚拟实现方案VMware，它不需要修改就可以直接运行各种主流操作系统，但虚拟机的性能消耗很大；泛虚拟实现方案Xen，虚拟机中的操作系统需要修改小量的平台相关代码，与虚拟机管理器配合工作性能出色，但该方案无法应用于闭源的Windows主流操作系统。 市场的驱动催生了VT-x，Intel在芯片级为对虚拟机提供支持的一种技术。VT-x大大提升了VMM对虚拟机的掌控灵活性和粒度，而且充分考虑了如何有效减小虚拟机的开销。利用Xen开源和性能优异的特点，Intel Linux VMM小组在其基础上加入了对VT-x技术的支持，提出了VMX虚拟机模型，目标是要实现高性能的纯虚拟实现方案，克服Vmware和Xen各自的弊端。对VT-x的支持已经是Xen3.0中的一部分。 为了使Xen支持VT-x技术，在Xen的基础上进行一定程度的改进和扩充，很重要的一部分就是模拟PC平台的设备模型（Device Model）。设备模型（Device Model）提供了对一个VMX虚拟域的PC平台设备的模拟。它作为一个软件模型模拟了所有的硬件级编程接口，从而使得一个普通的未经修改的设备驱动程序可以用这些接口来进行I/O操作，站在VMX虚拟域的角度向一个物理设备提交请求。 在设备模型的实现中，论文借鉴了QEMU PC平台模拟器，它提供了为VMX虚拟域进行I/O模拟的大多数功能。本论文设计是将设备模型运行在虚拟域0的用户空间，然后为每个VMX虚拟域运行一个进程，即将所有的CPU模拟的代码从这些模拟器中移除出去，并且修改那些模拟物理内存（RAM）的代码。 论文在对设备模型的体系结构进行研究的基础上，实现了虚拟的Ne2000网卡。主要的工作包括对Ne2000的工作流程进行了细致的分析和研究，并将其用软件进行模拟，然后再结合设备模型的体系结构，引入事件驱动机制，将Ne2000加入到设备模型当中。应用结果表明，引入的虚拟Ne2000网卡可以在VMX虚拟机设备模型中流畅的工作，并且具有较好的性能。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明及学位论文使用授权声明

1引言

2VMX虚拟机模型

3VMX虚拟机的虚拟设备模型（Device Model）的研究与设计

4VMX虚拟机的虚拟网卡设计

5仿真实验与结果分析

6总结和展望

致谢

参考文献