基于T2080处理器平台的虚拟机管理器设计

随着嵌入式计算机技术的发展，计算资源越来越丰富并提供硬件辅助虚拟化支持能力。为了提升计算效能，通过虚拟化技术实现在一个嵌入式计算机中集成多种异构系统应用，从而降低系统成本，但会带来安全隔离、不同应用的竞争冲突、数据安全、实时性保障等问题。虚拟机管理器借助硬件辅助虚拟化技术，在软件层构建多个资源深度隔离的虚拟机，由操作系统管理虚拟机内的硬件资源、软件资源及应用。本文在T2080处理器平台上设计了虚拟机管理器，实现了处理器核虚拟化、内存虚拟化、设备虚拟化，提供虚拟机管理和安全隔离能力。     

基于Intel VT—x的XEN全虚拟化实现

由于X86体系结构对虚拟机支持的先天不足,基于此体系结构的虚拟机需要修改操作系统的源代码,称为泛虚拟化技术.泛虚拟化需要修改操作系统的源代码,故只能支持开源的操作系统,且这种虚拟机的实现也是比较困难的.为了解决这个问题,Intel公司提出了VT-x技术,该技术可以使虚拟机不需要修改操作系统的源代码,也就是所谓的全虚拟化技术,可以支持非开源的操作系统,且虚拟机的实现也比较简单.XEN是业界广泛看好的一款基于X86体系结构开源的虚拟机监视器,XEN 3.0开始实现了基于VT-x的全虚拟化技术,具有优越的性能和良好的体系结构.文中讨论了Intel的VT-x技术,并从CPU虚拟化、内存虚拟化和设备虚拟化三个方面介绍XEN实现全虚拟化的关键技术.     

基于虚拟化技术的嵌入式linux实时性研究

随着计算机技术、网络技术和微电子技术的快速发展,嵌入式系统的应用越来越广。嵌入式硬件的快速发展给系统带来了高性能,同时也给虚拟化技术在嵌入式领域的应用带来了曙光。如今,虚拟化技术在桌面,服务器市场已经趋于成熟,但是嵌入式领域还处于探索研究中。虚拟化技术使得同一个硬件平台可以运行多个OS,例如可以整合同一个硬件平台的GPOS和RTOS。虚拟化技术采用了双内核方式改善嵌入式linux的实时性问题,它可以满足硬实时需求。     

资源预留调度算法在虚拟化环境中的设计与实现

虚拟化技术在服务器领域已经得到广泛应用,可以在一台服务器或服务器集群上同时运行几个不同的操作系统,诸多优点包括:故障隔离、高效利用资源、负载均衡、安全性等.常用的虚拟化系统如VMware、Virtual PC等采用全虚拟化技术,比较消耗资源,因此不适用于嵌入式领域的应用.而Xen采用半虚拟化技术,性能方面得到了很大提升,为虚拟化技术在嵌入式领域的应用创造了条件.由于嵌入式设备有着数据实时采集、现场控制、高危环境等特殊应用背景,嵌入式系统对实时性都有一定的要求.目前的虚拟化技术没有很好的方法来保障系统的实时性.本文在XEN虚拟化环境中设计并实现基于资源预留的实时调度算法,即在虚拟机监视器(Virtual Machine Monitor,VMM)层面实现常量带宽服务器(Constant Bandwidth Server,CBS)调度算法,用于有效调度实时和非实时的虚拟机子系统,并保障不同子系统之间的性能隔离.     

浅谈VMware虚拟化服务器的构建与应用

采用VMware的虚拟化技术及产品优化数据中心,是近年来在计算机服务器虚拟化领域被广泛应用的一种方法,它可以大幅度减少物理服务器的数量,提高服务器的使用效率和共享程度,减少了系统恢复时间,提升了系统的可用性和可靠性,大大提高了企业信息化的管理效能。该文介绍了虚拟机的基本概念、VMware虚拟机软件的安装设置及其具体应用。通过按计划有序稳步实施,虚拟化技术的应用进入实用阶段,各虚拟机运行稳定可靠,达到了减少投入增加效益的目的。     

基于NAT的网卡虚拟化设计与实现

虚拟化技术通过使用虚拟机监控器对底层硬件资源进行管理,可以支持多个客户操作系统在单一硬件平台上同时运行。通过将NAT网络模式应用于虚拟化领域,可以实现使用单一网卡设备同时满足多个客户操作系统对网络的访问需求。首先对Linux下NAT的实现机制进行分析,然后依据虚拟化中驱动分离设计理念并结合NAT机制原理,实现网卡设备的虚拟化,从而达到了多个客户操作系统之间对网卡设备的复用。     

基于系统虚拟化的安全技术研究

为提高操作系统和应用程序的安全性,研究了系统虚拟化的相关技术,讨论典型的基于系统虚拟化技术的安全技术应用和系统.根据研究目标的软件层次,分别从应用程序安全、操作系统安全和虚拟机监控器自身安全性三方面,对当前的研究现状和未来的发展趋势进行了分析和归纳.设计一种基于系统虚拟化技术实现对恶意软件透明安全的动态调试分析方案,通过在Intel-VT平台上实现系统原型,验证了该方法的可行性和有效性.     

seL4微内核架构的嵌入式虚拟化技术研究

随着嵌入式硬件技术水平的提升以及嵌入式应用的普及,用户对嵌入式系统可以提供的服务能力与质量水平提出了更高的要求.出于对成本和可靠性方面的考虑,开发者希望可以在同一硬件平台上同时运行多个互不影响的执行环境.本文提出了一种基于seL4微内核架构的嵌入式虚拟化技术,以Chcore微内核为基础,充分利用ARM硬件辅助虚拟化支持,设计并实现了基于能力调用机制的嵌入式虚拟机管理器.测试结果表明,该虚拟机管理器在处理器利用率、虚拟机调度、中断异常处理等方面性能良好,可以满足用户的常用应用需求.     

基于QEMU RISC-V架构的OpenHarmony标准系统移植

RISC-V指令集架构的诞生促进了RISC-V硬件平台的快速发展,因此,在RISC-V架构硬件平台上运行高效且易于使用的操作系统需求日益增加.面向分布式、开源开放的智能终端操作系统OpenHarmony技术正在不断演进,其生态持续繁荣.然而,将OpenHarmony适配到RISC-V指令集架构平台上面临新的挑战,包括软件栈和芯片移植的问题. RISC-V指令集架构平台的软件栈和芯片移植存在新的挑战.本文提出了基于RISC-V QEMU平台的OpenHarmony标准系统移植的思路和方法,通过对关键软件栈进行适配和在QEMU RISC-V虚拟化硬件平台上移植图形显示驱动,成功实现了OpenHarmony标准系统在QEMU RISC-V虚拟化硬件平台上的正常启动,并进入系统桌面.该成果为开发者提供了在RISC-V平台上测试应用OpenHarmony标准系统的平台,并为新的RISC-V硬件平台上移植OpenHarmony标准系统提供了参考.     

基于VMM层系统调用分析的软件完整性验证

在虚拟化云计算平台中,如何保证其上运行软件的可信性是云平台广泛应用的关键.完整性测量与验证技术是保证软件系统可信性的一种主要方法.然而,现有的软件完整性验证系统大多需要修改操作系统内核,很难为大规模虚拟机环境中的众多异构系统提供一致解决方案,且无法抵御内核级恶意攻击.针对当前方法在兼容性、安全性以及可管理性上存在的问题,设计并实现了一种在VMM层基于系统调用分析技术来验证软件完整性的方法VMGuard.它通过截获客户操作系统中的系统调用来识别软件加载,并基于系统调用关联性分析和虚拟机文件系统元数据重构技术来验证客户操作系统中软件的完整性.在Qemu和KVM两种主流虚拟化平台上实现了VMGuard,并通过实验评测VMGuard的有效性和性能.实验结果表明,VMGuard能够有效验证客户操作系统中软件的完整性,且性能开销在10%以内.     

Intel virtualization technology

A virtualized system includes a new layer of software, the virtual machine monitor. The VMM's principal role is to arbitrate accesses to the underlying physical host platform's resources so that multiple operating systems (which are guests of the VMM) can share them. The VMM presents to each guest OS a set of virtual platform interfaces that constitute a virtual machine (VM). Once confined to specialized, proprietary, high-end server and mainframe systems, virtualization is now becoming more broadly available and is supported in off-the-shelf systems based on Intel architecture (IA) hardware. This development is due in part to the steady performance improvements of IA-based systems, which mitigates traditional virtualization performance overheads. Intel virtualization technology provides hardware support for processor virtualization, enabling simplifications of virtual machine monitor software. Resulting VMMs can support a wider range of legacy and future operating systems while maintaining high performance.     

移动平台Android操作系统虚拟化技术的实现

虚拟化技术的研究正逐渐从服务器端转向移动智能设备领域。现有的虚拟化架构需要在物理硬件层和虚拟系统间进行大量的指令翻译,开销大,效率低。针对这一问题,提出了一种轻量级的移动操作系统虚拟化架构。通过在Linux内核命名空间机制的基础上扩展Driver命名空间框架,实现了多个虚拟Android系统的同时运行。此外,针对多个虚拟系统同时访问一套硬件设备发生冲突的问题,设计了通用的active-inactive模型来保证虚拟系统间对硬件设备的隔离复用。实验结果表明,虚拟后的Android系统在CPU使用率上并没有增加额外的开销,在内存使用量上减少了6.7%,此虚拟化架构具有很好的通用性与实用性。     

Rethinking the design of virtual machine monitors

A virtual machine monitor is a software system that partitions a single physical machine into multiple virtual machines. Traditionally, VMMs have created a precise replica of the underlying physical machine. Through faithful emulation, VMMs support the execution of legacy guest operating systems such as Windows or Linux without modifications. However, traditional VMMs suffer from poor scalability and extensibility. To overcome the poor scalability and extensibility of traditional virtual machine monitors that partition a single physical machine into multiple virtual machines, the Denali VMM uses paravirtualization to promote scalability and hardware interposition to promote extensibility.     

嵌入式跨平台虚拟软件技术的研究与应用

嵌入式跨平台虚拟软件是一种将RISC硬件体系结构虚拟成CISC硬件体系结构平台。本文的研究目的是通过在RISC体系硬件平台添加一个软件层,实现一个虚拟而且兼容X86的硬件平台,从而顺利地运行X86平台下的所有操作系统、应用程序等X86系列软件。重点讲述嵌入式跨平台虚拟机CPU虚拟设计和bootloader设计。嵌入式跨平台虚拟软件技术在嵌入式行业中有较高的应用价值。     

基于硬件辅助虚拟化技术的反键盘记录器模型

结合已有的键盘记录器,分析了Windows中从用户按键到应用程序处理消息的过程,并针对该过程详细分析了可能出现的安全威胁。在此基础上提出了基于硬件辅助虚拟化的反键盘记录器模型。利用CPU提供的硬件辅助虚拟化技术实现了虚拟机监控器,当获取用户输入时通过在虚拟机监控器中自主处理键盘中断并将读取到的键盘扫描码信息交由受保护的用户线程来保护用户键盘输入的安全。     

多核虚拟机监控系统

随着多核处理器时代的到来,虚拟化技术被广泛使用,而多核虚拟机就是其中一种.目前多核虚拟机监控一般都是采用硬件虚拟化的技术,即通过虚拟化技术虚拟出多个串口来达到监控目的.给出一种基于系统级共享内存的多核虚拟化监控系统方案,并提供了完整的设计与实现方案.     

A survey of memory management techniques in virtualized systems

Virtualization technology allows multiple operating systems to share hardware resources of a computer system in an isolated manner. Traditionally, memory is shared by an operating system using segmentation and paging techniques. With virtualization, memory partitioning and management has several new challenges. For isolated and safe execution, hypervisors do not provide direct access to hardware resources. Lack of direct access to the memory management hardware like page tables disqualifies direct usage of virtual memory solutions used on native (non-virtualized) setups. Further, aspects of dual control of the memory resource (by the guest OS and the hypervisor) and lack of semantics regarding memory usage in virtual machines present additional challenges for memory management. This paper surveys different techniques of memory partitioning and management across multiple guest OSs in a virtualized environment.An important goal of virtualization is to increase the physical machine utilization in order to save costs. With varying application demand for memory and diverse memory management policies of the guest OSs, ensuring optimal usage of memory is non-trivial. In this survey, challenges of memory management in virtualized systems, different memory management techniques with their implications, and optimizations to increase memory utilization are discussed in detail.     

Mercury: Combining Performance with Dependability Using Self-Virtualization

Virtualization has recently gained popularity largely due to its promise in increasing utilization,improving availability and enhancing security.Very often,the role of computer systems needs to change ...     

一种基于完整性保护的终端计算机安全防护方法

终端计算机是网络空间活动的基本单元,其安全性直接关系着网络环境和信息系统的安全.提出了一种基于完整性保护的终端计算机安全防护方法,它将完整性度量和实时监控技术相结合,保证终端计算机运行过程的安全可信.建立了以TPM为硬件可信基、虚拟监控器为核心的防护框架,采用完整性度量方法建立从硬件平台到操作系统的基础可信链;在系统运行过程中监控内核代码、数据结构、关键寄存器和系统状态数据等完整性相关对象,发现并阻止恶意篡改行为,以保证系统的完整、安全和可靠.利用Intel VT硬件辅助虚拟化技术,采用半穿透结构设计实现了轻量级虚拟监控器,构建了原型系统.测试表明,该方法能够对终端计算机实施有效的保护,且对其性能的影响较小.     

基于XEN的虚拟化技术优化

在云计算蓬勃发展这个外因的驱动下,虚拟化技术作为云计算的关键技术平台也正不可逆转地发展着。虚拟化使得一台计算机上能够运行多个虚拟机,虚拟机之间有很强的隔离性,且虚拟机与硬件没有直接的关联。论文从虚拟化出现的原因入手,进而介绍UVP虚拟化平台的架构、特点以及在虚拟化平台中使用的性能优化技术、节能管理技术、安全实现技术以及UVP的增强技术等,使用这些关键技术意义在于提高系统性能、增强安全性、易于后期维护和扩展等。