基于虚拟化的I/O设备远程共享研究与实现

摘要

随着人们生活水平的提高,每个家庭都拥有了大量的嵌入式设备,如手机、电视、电脑、数码相机、mp3播放器等。由于不同设备的性能和功能各不相同,常常需要设备之间相互协同工作以获得更好的用户体验,比如使用手机播放音乐在家庭环绕音响中输出,或者在书房的个人电脑上播放电影在客厅电视中显示。
　　 本文根据家庭多媒体环境下,对设备之间相互共享各自功能以及共享多媒体信息的需求,提出了一种基于虚拟化的I/O设备远程共享方案Smart-sharing:在每个设备节点的硬件与操作系统之间插入虚拟化层,使用以太网或者WIFI等方式互联分布在各处的I/O设备,通过虚拟化层对底层硬件的分布进行抽象,向上层应用程序提供一个统一的I/O视图,使得任意节点上的应用程序都可以像使用本地设备一样使用远端设备。与此同时,为了降低虚拟化带来的额外性能开销,本方案采用类虚拟化技术实现对远程设备的模拟,采用硬件辅助虚拟化技术实现本地设备的直接分配。为实现这一方案,本文做了以下工作:
　　 (1)调研了与本文需求较为接近的相关系统实现,根据本文需求综合比较了各种虚拟化技术的优缺点以及实现方式。
　　 (2)深入研究了为实现Smart-sharing这套方案所需的关键技术,包括I/O类虚拟化技术,硬件辅助虚拟化技术以及内核网络通讯编程方法。通过分析内核源代码,总结出如何利用这些技术进行开发。
　　 (3)设计和实现了Smart-sharing的基本框架,包括内核控制模块,通讯与缓冲模块。分析了Linux内核中相关I/O子系统,包括内核输入子系统、音频子系统、显示子系统以及存储子系统的结构,找出了最佳插桩点,根据Smart-sharing的基础架构设计了上述子系统的远程共享方案。并最终实现了输入设备远程共享的方案。