基于intel+vt-d在安腾平台的高效虚拟io模型的实现与研究

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1、第一章引言5)对该模型进行了性能测试和评估。论文的章节安排如下：第一章：引言。介绍课题背景、意义和创新点，以及论文的章节安排。第二章：概要的介绍了虚拟技术。第三章：论述了当前流行虚拟I／O模型的原理和实现。第四章：分析了安腾架构下虚拟I／O的特点。第五章：本文核心之一，引入了Intd公司的VT-d技术。第六章：本文核心之二，分析了当前虚拟I／O模型的缺点，针对这些缺点，围绕VT-d技术，设计了新的高性能的虚拟I／O模型。第七章：本文核心之三，在安腾架构上完整实现了该高性能虚拟I／O模型。第八章：本文核心之四，对本模型的性能进行了分析和评估。第九章

2、：总结。对论文的工作进行了总结概括，对未来的工作进行了展望。电子科技人学硕+学位论文2．1安腾处理器第二章概述安腾架构(Itanium，简称IA64)由Intel公司和HP公司基于PA．RISC研发而成。它的设计目标是突破传统架构下的性能限制。为了实现这个目标，安腾架构引入了一系列新特性，例如：指令级别的并行执行、大寄存器堆、寄存器堆栈、先进的跳转机制等。安腾架构是纯64位处理器架构，支持完全的64位计算(64位数据、64位地址)，主要面向高端服务器和满足大型机计算需求。Intel公司于2001年推出了首款安腾芯片。不同于Intel公司和AMD公

3、司后来推出的基于X86扩展的“位架构(简称X86—64或AMD64)，安腾架构采用了被称为并行指令计算技术(ExplicitlyParallelInstructionComputing，简称EPIC)，以实现指令级别的并行计算。同时，安腾架构采用了超长指令字(VeryLongInstructionWord)，将指令级别的并行处理从硬件移到了编译器处理【引。2．2虚拟化技术概述2．2．1虚拟化技术的产生与发展虚拟计算机的概念最早由IBM公司在上世纪六七十年代提出，并将其运用于VM／370系统中以共享昂贵的大型机系统。之后的发展起起伏伏，一度由于分时

4、操作系统的出现而处于停滞状态。上世纪九十年代随着JAVA虚拟机的推出，尤其是之后Vmware公司VmwareESXserver和Vmwareworkstation虚拟机的推出，使对虚拟机技术的研究再次成为处理器设计人员、软件设计人员、服务器设计人员和网络安全设计人员的热门研究课题【4J。对于Sun公司的UltraSparc和IBM的Power5处理器，处理器本身就已经有对虚拟机技术的支持。但是在Intel推出硬件虚拟技术前，作为今天最主流的也是每一个计算机领域工作人员最普遍使用的X86体系结构处理器，如Intel公司的奔腾系列和AMD公司的毒龙／

5、速龙系列都存在虚拟化漏洞(VirtualizationHole)【4】。这使得90年代末之前的虚拟机技术研究均主要集中在泛虚拟化4第二章概述(Para-virtualization)领域，直到Vmware在1999年推出了业界第一个基于X86的完全虚拟化技术(Fullvirtualization)的系统虚拟机，即VMwargWorkstation，虚拟技术才开始被各大高校和计算机公司重视，并开始研究。此后，各种虚拟机项目如雨后春笋般的冒了出来，虚拟技术的这时才走上繁荣发展的道路。2．2．2XEN开源虚拟机XEN开源虚拟机是由英国剑桥大学开发的一个

6、成熟的开源虚拟化产品，它是基于开源代码的系统虚拟机，最初基于32位X86体系结构而设计开发，支持同时运行多至约100个虚拟机。XEN引入的超级调用(Hypercalls)和事件(Events)机制，以及预先定义的虚拟机和虚拟机监控程序(VMM)之间的共享内存数据交换机制都使得新的客户机体系架构具有更高的总体性能，但同时也就注定了它必须修改客户机操作系统源代码【4】。XEN允许多个客户机运行其上，其中0号客户机为服务客户机作为VMM的扩展提供系统的管理服务。VMM是XEN的核心部件，相当于操作系统的内核，它负责给各客户机分配资源，并调度它们运行。此

7、外，V／vIM拥有部分硬件IO资源如定时器设备、中断设备PIC／LocalAPIC／IOAPIC等。其他客户机也可以拥有部分的IO资源如硬盘网卡等，拥有物理设备的客户机称为隔离设备驱动域(IsolatedDriverDomain)或简称设备驱动域(DriverDomain)。而普通客户机只有虚拟设备而不拥有直接的硬件设备资源访问权【4】【51。XEN本身主要基于开源的Linux内核代码移植而来，同时运行其上运行的服务客户机——客户机0也从Linux移植而来。图1．1是XEN的概要模型。图1-1XE2q虚拟机总体架构图电子科技大学硕十学位论文2．2

8、．3泛虚拟化技术泛虚拟化技术(Paravirtualization)是一种历史悠久且成熟的的虚拟机技术。最早的IBMVM／370上就已经