x86硬件仿真虚拟机的并行化-研究

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编

2、本学位论文。保密□，在_____年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文1绪论本章首先简要地概述虚拟机的概念，接着分析国内外虚拟化技术的发展现状，在此基础上提出了Para-Bochs系统的设计目标和特色，最后介绍全文的组织结构。1.1课题背景[1,2]虚拟机的概念对于计算机世界来讲并不算新，但是许多人并不知道或理解这个概念。如果你是一个典型的计算机用户，并且通过Internet来浏览Web网页，那么你很可能在和一个虚拟机交互，这个虚拟机就是JAVA虚拟机。其实，在计算机世界，虚拟机的概念

3、经常被用来解决一些非常重要的问题。但是通常这些对用户来说是透明的，因为虚拟机一般在用户每天使用的程序和操作系统内部才会用到。虚拟机所要解决的问题包括：通过分割硬件使许多程序共享同一个硬件，使软件在多个[3,4,5]操作系统之间是“可移植”的，以及在新的计算机上运行旧的软件。所有虚拟机的这些用途，对于我们今天的计算来说都是非常重要的。所有的机器，不管是电冰箱，录像机，还是计算机，都有一个共同点：它们被设计用来完成一组特定的指令。这些指令组成一个指令集。对于机器来讲，这些指令被用来告诉机器做什么，以及完成什么任务。对于虚拟机来讲，“虚拟”实际上就是指的这些指令集。虚拟机有许多不同的类型，但是它们有

4、一个共同的主题就是模拟一个指令集的概念。每个虚拟机都有一个用户可以访问的指令集。虚拟机把这些虚拟指令“映射”到计算机的实际指令集。[6,7]在虚拟机领域，主要有四种不同的思想流派。第一种以IBM虚拟机模型为代表，它几乎是一种一一映射。第二种流派由机器中每条指令和一个虚拟指令间的映[8][9,10]射组成，它以Java虚拟机为代表。UNIX虚拟机模型和OSI虚拟机模型代表着最后两种模型。这两种模型直接映射一部分指令，而其它的指令则是对操作系统函数的直接调用。在IBM模型中，每一个虚拟机都是一台真正机器的完整拷贝，只是内存少了点。根据这一概念，一个功能强大的大型主机可以被分割成许多虚拟机。这些虚拟

5、机仅比原来的主机少一点资源而已。IBM的虚拟机版本和其他虚拟机流派类似，因为它1华中科技大学硕士学位论文也是提供功能映射的服务。这意味着虚拟机负责解释虚拟指令，并把它们映射为实际的机器指令。对于IBM流派的虚拟机而言，这种指令的映射基本上是一种一一映射。这意味着一条虚拟指令仅仅与一条实际指令对应，并完成一条实际指令的工作。从本质上讲，用户实际上就是在访问并执行机器的指令。[11,12]JAVA虚拟机代表的“模拟机”概念是计算机工业界经常使用的对虚拟机的解释之一。这种虚拟机概念和IBM版的虚拟机非常不同。在IBM的概念中，系统内存和资源被分割，成为当前机器的精确拷贝。而对于模拟机，系统并不被分割

6、，而是有一台新的“机器”或者虚拟机加载到当前系统中，在不改变当前系统的前提下，向用户提供不同的功能。这种类型的虚拟机被证明是非常强大的，它允许软件开发人员在一台完全不同的机器上仿效另一台机器。UNIX的广泛使用，使得他的虚拟机特征被全部发掘，并归类为真正的虚拟机。UNIX操作系统使用一系列的独立进程来完成用户的指令。UNIX可以安排并配置它所创建的进程来传递和操纵数据。从概念上讲，UNIX的进程可以被看作一个虚拟机，因为它具备虚拟机的许多特征。UNIX虚拟机通过使用一致的用户外壳（UserShell）[13]来获得和IBM虚拟机模型相似的特征，这些用户外壳完成和IBM虚拟机系统的虚拟机相类似的

7、动作。UNIX用户外壳可以被认为是独立的虚拟机，因为每个用户接口都是一个具有完整硬件资源集的独立实体。外壳受到内存界限和一些共享资源坐标界限的限制，这样可以防止临界硬件设备的冲突。最后是OSI扩展虚拟机模型。扩展虚拟机的最终目标是建立计算机中并不存在的能力和模拟设备。例如，大部分计算机都有一个硬盘来存储数据和程序指令。这个硬盘可能实际上在其它计算机上，或者由计算机上的多个设备组成的。在这种情况下，