基于微內(nèi)核架構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)虛擬化技術(shù)介紹

虛擬化技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　基于微內(nèi)核的虛擬機環(huán)境具有高可靠性，高靈活性以及實時性支持等特點，而隨著虛擬化技術(shù)的不斷發(fā)展，以及新體系架構(gòu)的引入，嵌入式系統(tǒng)虛擬化的性能障礙也正被逐漸克服，使之可以在嵌入式系統(tǒng)中有著以下廣泛的應(yīng)用前景：

　　·隨著智能手機，移動互聯(lián)網(wǎng)終端(MID)等一系列概念的推出與發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)正逐漸超越個人計算機成為主流的個人信息交互終端，隨之而來的則是對嵌入式系統(tǒng)的信息安全性能所提出的挑戰(zhàn)。通過虛擬化，我們可以支持多個相互隔離的操作系統(tǒng)在嵌入式平臺上的同時運行，把如電子商務(wù)等安全性要求較高的應(yīng)用封裝在一個高度隔離的客戶操作系統(tǒng)當(dāng)中，并開放另一個操作系統(tǒng)做為普通應(yīng)用程序的運行環(huán)境，實現(xiàn)高度安全可靠的運行模式。

　　·通過使用基于微內(nèi)核架構(gòu)的虛擬機，我們可以把嵌入式系統(tǒng)的硬件資源轉(zhuǎn)化為各個不同的實時系統(tǒng)服務(wù)向上以虛擬設(shè)備的方式提供給虛擬機上運行的客戶操作系統(tǒng)。借由這種方式，可以同時支持豐富的非實時和實時應(yīng)用程序的同時運行并為非實時的應(yīng)用程序與實時的系統(tǒng)功能之間提供一個良好而透明的交互接口。

　　圖3 基于虛擬化的信息安全模型

　　·通過使用虛擬機，我們可以在嵌入式平臺上得到一個兼容性較高的軟件運行環(huán)境，最大程度地使嵌入式系統(tǒng)在硬件上的特異性通過軟件虛擬的方式變得透明化，進一步使不同的嵌入式系統(tǒng)平臺之間以及嵌入式平臺和個人計算機之間能夠?qū)崿F(xiàn)軟件運行的兼容。并且通過虛擬化，我們還能實現(xiàn)諸如不同平臺之間的程序遷移，分布式運行，故障恢復(fù)等復(fù)雜的功能。

　　·通過引入網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和遠程訪問機制，把各種遠程的計算資源和設(shè)備資源借助虛擬化、本地化，實現(xiàn)操作系統(tǒng)對于遠程資源的透明訪問，大幅擴展嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)功能，使未來的嵌入式系統(tǒng)做為信息終端更加適應(yīng)云到端——數(shù)據(jù)中心到信息終端的發(fā)展模式。

　　結(jié)語

　　本文總結(jié)了虛擬化技術(shù)近期的發(fā)展和所取得的成果，分析了當(dāng)前主流的虛擬機架構(gòu)。筆者認為基于主機系統(tǒng)和虛擬機監(jiān)視器的全虛擬化架構(gòu)過于依賴宿主系統(tǒng)的系統(tǒng)服務(wù)，導(dǎo)致基礎(chǔ)代碼的大量增加，大大降低了系統(tǒng)的可靠性，并且很大程度上受限于主機系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)。另一方面，基于虛擬管理層的半虛擬化架構(gòu)則缺乏穩(wěn)健的系統(tǒng)構(gòu)成，僅對虛擬機提供了大粒度的抽象，無法構(gòu)建短小而精悍的系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，我們提出一種新的虛擬機環(huán)境，將兩者的優(yōu)點有機的結(jié)合起來，整個虛擬機環(huán)境將被分成兩部分：為環(huán)境提供可靠性，安全性以及隔離度的虛擬機抽象;和提供資源管理和功能實現(xiàn)的用戶態(tài)虛擬機管理程序。而這樣的架構(gòu)不僅具有高可靠性和靈活性，而且由于其占用資源少并能提供實時性支持等特點在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用前景。