基于Xen的domain0内核的研究

论文摘要

随着计算机性能的提升,虚拟化技术受到越来越广泛的关注。Xen作为开源的虚拟化软件,是半虚拟化技术的杰出代表。在这种技术中,上层操作系统意识到运行虚拟平台上,因此需要进行少量修改来实现向虚拟平台的移植。随之而来的好处是,半虚拟化技术与完全虚拟化相比避免了大量的开销,获得了接近native系统的性能。因此Xen和半虚拟化技术是目前虚拟化技术研究的热点。在设计与实现中,Xen分离了机制和策略的实现。一方面,Xen的核心只实现了基本的虚拟化机制,另一方面,策略是在上层特权级的操作系统（domainO）中实现的。这样就可以保证Xen核心的代码的简洁,有效地控制了Xen核心的代码量。但同时可信的代码基就不仅仅包括Xen核心代码,还包括特权级的操作系统（domainO）以及一些用户态的管理工具。因此domainO内核是Xen虚拟化安全的重要的研究内容。现有的domainO一般采用Linux内核,这大大增加了Xen平台的可信代码基的大小,因而降低了Xen平台整体的安全性。本论文提出以L4 fiasco微内核作为Xen的domainO内核的架构,结合了微内核和Xen核心两者代码基小的优势,获得较为可信的计算代码基。同时,考虑到L4微内核中的IPC机制和Xen平台中inter-domain机制的相似性,扩展了L4微内核的IPC接口,避免了domain间通信时的数据拷贝,提高了通信的效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究目的
• 1.3 相关工作
• 1.4 本文主要研究工作及章节安排
• 1.5 本章小结
• 第2章 虚拟化和微内核技术综述
• 2.1 虚拟化技术及Xen
• 2.1.1 虚拟化技术历史
• 2.1.2 虚拟化技术的现状
• 2.1.3 完全虚拟化技术、半虚拟化技术和Xen
• 2.1.4 虚拟化的应用
• 2.2 微内核技术和L4 fiasco
• 2.2.1 微内核的历史
• 2.2.2 第二代微内核: L4
• 2.2.3 Fiasco
• 2.2.4 微内核的应用
• 2.3 本章小结
• 第3章 设计架构和实现
• 3.1 总体框架
• 3.2 实验环境搭建
• 3.2.1 Xen对调试的支持
• 3.2.2 Vmware中虚拟串口的设置
• 3.3 fiasco内核的加载
• 3.4 fiasco微内核
• 3.4.1 初始化运行环境
• 3.4.1.1 启动信息
• 3.4.1.2 hypercall调用环境的配置
• 3.4.1.3 回调函数的设置
• 3.4.2 内存使用
• 3.4.2.1 机器地址和物理地址
• 3.4.2.2 分页
• 3.4.2.3 分段
• 3.4.3 异常和软件中断
• 3.4.3.1 异常中断表的设置
• 3.4.3.2 CPU状态的改变
• 3.4.3.3 异常中断函数的调用
• 3.4.3.4 缺页中断的处理
• 3.4.4 硬件中断
• 3.4.4.1 Xen的事件通道机制
• 3.4.4.2 虚拟硬件中断的处理
• 3.4.4.3 虚拟硬件中断的开启和禁止
• 3.4.5 IPC调用
• 3.4.5.1 IPC的基本机制
• 3.4.5.2 Xen中的grant表
• 3.4.5.3 扩展IPC接口
• 3.5 本章小结
• 第4章 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历