ARM平台上实现Linux内核虚拟机技术研究

论文摘要

虚拟机技术可以简化计算机系统管理,提高系统的可移植性、可靠性和安全性,已经成为计算机技术研究和应用领域的一个重要方向。嵌入式系统向非专用计算平台方向的发展使它们要面对与普通计算机系统相同的需求,比如系统管理、系统可靠性、软件平台适应性和安全性等,在嵌入式系统上应用虚拟机技术越来越重要。Linux内核虚拟机(KVM)是一种开源的虚拟机技术,它作为Linux内核的一个模块,具有很强的适应性和性能,不过它需要处理器架构支持硬件虚拟化功能,而在嵌入式领域应用广泛的ARM处理器不支持硬件虚拟化,这就使得Linux内核虚拟机无法直接应用在ARM架构平台上,目前国内在这个领域缺少相关的研究。论文研究并分析了ARM处理器敏感指令的特点和功能,研究了当前在不支持硬件虚拟化功能的处理器架构平台上实现虚拟化的一些技术,并对基于KVM的轻量级泛虚拟化技术进行了深入研究,分析了它的处理异常和硬件中断的方式,用陷阱机制可以简化对敏感指令的处理。基于这些研究,给出了一种在ARM架构平台上实现KVM虚拟机的方案,详细设计方案中的虚拟机实现机制,包括:虚拟CPU机制、影子页表和共享页的创建、内存保护机制、向虚拟内存中映射中断响应程序的方式等。论文给出的虚拟机方案是一种全虚拟化方案,不需要修改客户操作系统内核,可以满足在ARM架构上运行Linux内核虚拟机的需求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 虚拟机技术概论
• 1.2 课题研究背景
• 1.3 嵌入式系统平台虚拟化技术研究现状
• 1.4 课题来源
• 1.5 本文的主要工作和组织结构
• 2 KVM 虚拟机与ARM 架构虚拟化技术研究
• 2.1 KVM 虚拟机技术研究
• 2.2 ARM 处理器技术研究
• 2.3 ARM 架构平台虚拟化技术研究
• 2.4 本章小结
• 3 基于KVM 的轻量级泛虚拟化技术研究
• 3.1 ARM 的敏感指令集分析
• 3.2 基于KVM 的轻量级泛虚拟化技术
• 3.3 本章小结
• 4 移植KVM 到ARM 架构平台的实施方案
• 4.1 编译QEMU
• 4.2 CPU 虚拟化方案
• 4.3 内存虚拟化方案
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录攻读学位期间发表学术论文目录