基于虚拟机的透明计算设备子系统设计及实现*

为解决在现有透明计算系统中磁盘等设备的虚拟化,需要对操作系统进行修改才能在端计算机上运行的问题,提出透明计算系统中一种基于虚拟机技术的设备子系统。以Intel VT硬件级虚拟支持和Xen虚拟化技术为基础, 在全虚拟化的虚拟机上运行用户操作系统: 通过运行在管理域用户空间中设备模型的虚拟磁盘和网络驱动,将用户域访问磁盘和网络的I/O请求跨网络地重定向到服务器进行处理, 从而实现端计算机上多操作系统的远程运行。在VT硬件平台和Xen虚拟机监控器上实现了原型系统,验证了该方法的可行性。     

桌面网格环境下虚拟化技术的应用研究

桌面网格是典型的异构计算资源环境,而虚拟化技术具有良好的封装性及隔离性,能整合异构资源并屏蔽不同操作系统的差异。为此,基于VirtualBox虚拟机实现桌面网格系统。对虚拟机运行环境的配置参数进行测试,设计实现自适应内存配置模块。分析作业运行不同阶段硬盘I/O、带宽I/O等性能差异对作业运行效率的影响,并针对镜像多样性及虚拟机启动与带宽造成的损耗,设计远程镜像库及动态作业文件系统,实现虚拟机的多样性选择及作业运行环境的动态部署,同时使用缓存服务弥补因使用虚拟机所造成的损耗。应用结果表明,该系统能够较好地满足高能物理计算的需求。     

基于轻量操作系统的虚拟机内省与内存安全监测

针对在传统特权虚拟机中利用虚拟机内省实时监测其他虚拟机内存安全的方法不利于安全模块与系统其他部分的隔离,且会拖慢虚拟平台的整体性能的问题,提出基于轻量操作系统实现虚拟机内省的安全架构,并提出基于内存完整性度量的内存安全监测方案。通过在轻量客户机中实现内存实时检测与度量,减小了安全模块的可攻击面,降低了对虚拟平台整体性能的影响。通过无干涉的内存度量和自定义的虚拟平台授权策略增强了安全模块的隔离性。基于Xen中的小型操作系统Mini-OS实现了虚拟机内省与内存检测系统原型,评估表明该方案比在特权虚拟机中实现的同等功能减少了92%以上的性能损耗,有效提高了虚拟机内省与实时度量的效率。     

基于Alpha处理器的系统级仿真实现

以Alpha处理器作为实现平台,将系统仿真软件QEMU移植到Alpha上,使基于x86结构的Linux操作系统可以运行在系统虚拟机中,实现Alpha处理器与x86程序的兼容。对该虚拟机进行性能测试,通过统计代码膨胀率,找出制约虚拟机性能的指令类型,为虚拟机性能优化工作提供参考数据。     

虚拟机缓存划分的设计与实现

阐述了一种基于VMM(virtual machine manager)的虚拟机缓存划分的设计与实现。该方法采用操作系统中的页面着色技术,在虚拟机管理器Xen上进行实现。这种机制对于VMM之上的客户操作系统是完全透明的,便于操作,具有很好的灵活性。经测试表明,提出的缓存划分的方法能够显著地提高同时运行在不同虚拟机上的应用程序的性能。对从SPEC CPU 2006基准测试程序里面挑选出来的并发程序的负载进行测试,结果表明缓存划分最高可以使其性能提升19%。     

基于本地虚拟化技术的隔离执行模型研究

程序隔离执行是一种将被隔离代码的执行效果与其它应用隔离的安全机制.但是目前的相关研究无法在PC平台下兼顾操作系统隔离与被隔离代码的可用性.针对这个问题,文中提出并实现了一种新的名为SVEE(Safe Virtual Execution Environment)的隔离执行模型.SVEE具有两个关键特性:一是借助基于本地虚拟化技术的系统级虚拟机(SVEEVM)有效实现了非可信代码与宿主操作系统的隔离;二是利用本地虚拟化技术实现了宿主机计算环境在SVEEVM内的重现,保证了被隔离程序在SVEEVM中与在宿主操作系统内的执行效果的一致性.因此,SVEE在保护了宿主操作系统安全的同时,兼顾了隔离执行代码的可用性.测试证明,对于计算密集型应用SVEE虚拟机的性能达到了本地性能的91.23%～97.88%,具有很好的可用性.     

基于VMware的计算机实验教学设计

本文指出了目前开展计算机实验教学存在的局限性,介绍了虚拟机技术的原理以及VMware软件,设计与实现了基于虚拟机技术的计算机组装和维护、操作系统、网络组建与维护、服务器配置与管理以及网络安全等多个实验,并对基于虚拟机技术的计算机实验作了评价。     

用虚拟机实现多系统操作

虚拟电脑是在用户电脑中利用工具软件模拟出的一个逻辑电脑而利用这个逻辑电脑就可 以模拟出一个或多个虚拟的操作系统来,这样虚拟出来的操作系统被称为虚拟机。 使用虚拟机,可以在你的电脑中同 时运行多个操作系统(虚拟的)而不会互 相干扰。这对程序员、电脑玩家以及电脑 培训等需要同时多系统操作的电脑操作 者来说是十分有用的。同时,利用虚拟机 来实现多系统操作,同直接在用户电脑 中安装多个操作系统相比,将给用户带 来诸多的便利,其绝妙之处用户可去亲 身体验。 目前,虚拟电脑控制平台软件有     

基于硬件虚拟化的虚拟机文件完整性监控

为保护虚拟机敏感文件的完整性,针对外部监控中基于指令监控方式性能消耗大、兼容性低和灵活性差等缺点,提出一种基于硬件虚拟化的文件完整性监控（OFM）系统。该系统以基于内核的虚拟机（KVM）作为虚拟机监视器,可动态实时地配置敏感文件访问监控策略;OFM可修改虚拟机系统调用表项以透明拦截文件操作相关系统调用,以监控策略为依据判定虚拟机进程操作文件的合法性,并对非法进程进行处理。在虚拟机中采用性能测试软件Unixbench进行仿真,其中OFM在文件监控方面优于基于指令的监控方式,且不影响虚拟机其他类型系统调用。实验结果表明,OFM可以有效地监控虚拟机文件的完整性,具有更好的兼容性、灵活性和更低的性能损耗。     

虚拟化环境下的数据库集群系统构建与性能分析

基于物理主机的数据库集群配置和管理存在配置复杂、灵活性差的问题。虚拟化技术结合集群系统管理使系统管理和资源构建更加灵活透明。本文提出一种基于Xen Server虚拟化平台的MySQL Cluster数据库集群系统配置部署方案,并对比MySQL 5.1单机版测试数据对系统性能进行分析。本文提出的方案不但利用虚拟化平台虚拟机快速复制功能有效降低数据库集群系统部署的复杂度,提高配置的灵活性,且与大并发和大数据量的处理能力相比MySQL 5.1单机版具有较高的性能优势。     

农机监控调度系统的设计与实现

针对目前农机作业中信息发布滞后、农机资源调度不合理、效率低下等问题,提出一种基于地理信息系统(GIS)、通用分组无线业务(GPRS)及全球定位系统(GPS)技术的农机监控调度系统,运用GPRS数据传输技术和GIS组件MapObjects,实现农机作业信息的即时采集与监控调度。为满足实时计算的需要,采用A-Star寻路算法规划农机的调度路径。应用结果表明,该系统能有效管理和调度农机,提高作业效率。     

透明计算系统中基于BitMap的共享镜像存储管理

透明计算是一种将操作系统、应用程序和用户数据都作为资源存储在服务器端,资源以流块的方式调度到客户端执行的计算模式。针对透明计算系统中透明服务器端多用户的操作系统及应用程序资源冗余问题,设计并实现了一种基于BitMap的共享镜像存储管理方法BM-SISMS,该方法采用链式存储方法将系统数据和用户数据分离开来,多用户通过链式结构共享系统镜像,根据BitMap存储方法查找定位用户请求的各种资源。测试结果表明BM-SISMS方法能够完成多个客户端请求的实例操作系统加载和使用,在数据读写方面,BM-SISMS方法读数据速度约11.05 MB/s,写数据速度为4.01 MB/s,具有很高的性能,能够满足透明计算系统中镜像存储管理的需求。     

普适计算环境下的虚拟机技术研究

普适计算环境中资源和服务利用率较低,传统应用程序在该环境下无法兼容。为此,提出一种适用于普适计算环境的虚拟机技术。使用设备请求代理屏蔽复杂的普适计算网络环境,对上层应用提供统一硬件平台,支持多个普适计算应用同时运行。实验结果表明,该虚拟化技术能兼容传统应用,提高普适计算资源和服务的利用率。     

基于虚拟机监控技术的可信虚拟域

针对云计算中带内完整性度量方案存在的依赖操作系统安全机制、部署复杂和资源浪费等问题,提出了基于虚拟机监控技术的带外完整性度量方案,可用于为云计算基础设施即服务（IaaS）的租户提供可信的虚拟域。该方案包括域外监控方案和域内外协同监控方案两部分。前者可对开源Linux虚拟域实现完全透明的完整性度量,同时弥补了其他基于系统调用捕获的域外方案所存在的不足。后者将实时度量与预先度量方法、域内度量与域外度量方法、细粒度的注册表度量方法和基于系统调用的域间信息传输方法相结合,可对不完全开源的Windows虚拟域实现完整性度量。实验证明了方案的度量能力是完备的、性能影响是可接受的。     

HPC Cloud环境中基于网络Ⅰ/O负载的虚拟机放置算法

随着虚拟化技术和云计算技术的发展,越来越多的高性能计算应用运行在云计算资源上.在基于虚拟化技术的高性能计算云系统中,高性能计算应用运行在多个虚拟机之中,这些虚拟机可能放置在不同的物理节点上.若多个通信密集型作业的虚拟机放置在相同的物理节点上,虚拟机之间将竞争物理节点的网络Ⅰ/O资源,如果虚拟机对网络Ⅰ/O资源的需求超过物理节点的网络Ⅰ/O带宽上限,将严重影响通信密集型作业的计算性能.针对虚拟机对网络Ⅰ/O资源的竞争问题,提出一种基于网络Ⅰ/O负载均衡的虚拟机放置算法NLPA,该算法采用网络Ⅰ/O负载均衡策略来减少虚拟机对网络Ⅰ/O资源的竞争.实验表明,与贪心算法进行比较,对于同样的高性能计算作业测试集,NLPA算法在完成作业的计算时间、系统中的网络Ⅰ/O负载吞吐率、网络Ⅰ/O负载均衡3个方面均有更好的表现.     

轻量级虚拟机软件技术——LVMM

为提高PC系统的可管理性和安全性,提出一种轻量级虚拟机软件技术——LVMM。定义活跃用户域,可直接访问除磁盘和网络之外的物理设备,以及虚拟磁盘和虚拟网络设备。保证在保持PC使用模式基本不变的前提下,可在同一平台上同时运行多个用户虚拟系统,且支持独立于用户操作系统的资源访问控制。经测试,LVMM原型系统具有较小的整体虚拟化开销。     

云计算虚拟化技术的发展与趋势

云计算是一种融合了多项计算机技术的以数据和处理能力为中心的密集型计算模式,其中以虚拟化、分布式数据存储、分布式并发编程模型、大规模数据管理和分布式资源管理技术最为关键。经过十多年的发展,云计算技术已经从发展培育期步入快速成长期,越来越多的企业已经开始使用云计算服务。与此同时,云计算的核心技术也在发生着巨大的变化,新一代的技术正在改进甚至取代前一代技术。容器虚拟化技术以其轻便、灵活和快速部署等特性对传统的基于虚拟机的虚拟化技术带来了颠覆性的挑战,正在改变着基础设施即服务（IaaS）平台和平台即服务（PaaS）平台的架构和实现。对容器虚拟化技术进行深入介绍,并通过分析和比较阐述容器虚拟化技术和虚拟机虚拟化技术各自的优势、适应场景和亟待解决的问题,然后对云计算虚拟化技术的下一步研究方向和发展趋势进行展望。     

基于虚拟机的虚拟计算环境研究与设计

通过对基于虚拟机的虚拟计算环境典型系统的分析,给出了CROWN虚拟计算平台CIVIC(CROWN- based infrastructure for virtual computing)的设计.CIVIC集成多种虚拟机技术,可以为用户提供独立、隔离的计算环境,可以为管理人员提供硬件资源和软件资源的集中管理功能,支持对应用程序的透明性,屏蔽底层硬件资源的动态性、分布性和异构性.实验结果表明,CIVIC能够方便、高效地为用户定制所需计算环境.     

虚拟计算环境中的虚拟网络

虚拟计算环境是近年来的学术研究热点,而虚拟网络是构成虚拟计算环境的核心技术。本文介绍了主流的虚拟网络构成原理和虚拟网络实现技术,分析了虚拟计算环境中虚拟网络的特点,总结并提出了虚拟网络的性能开销、QoS、自适应和安全性等开放性问题。