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

　　除此之外，構(gòu)建虛擬機(jī)還需要完善內(nèi)存頁(yè)表的訪(fǎng)問(wèn)，中斷的處理以及文件系統(tǒng)。這些則需要通過(guò)內(nèi)核態(tài)的虛擬機(jī)描述部分與用戶(hù)態(tài)的虛擬機(jī)管理器協(xié)同完成。同時(shí)還需要利用用戶(hù)態(tài)虛擬機(jī)管理器建立一系列的管理和調(diào)試接口。

　　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(jī)環(huán)境具有高可靠性，高靈活性以及實(shí)時(shí)性支持等特點(diǎn)，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(jī)，移動(dòng)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(gè)人計(jì)算機(jī)成為主流的個(gè)人信息交互終端，隨之而來(lái)的則是對(duì)嵌入式系統(tǒng)的信息安全性能所提出的挑戰(zhàn)。通過(guò)虛擬化，我們可以支持多個(gè)相互隔離的操作系統(tǒng)在嵌入式平臺(tái)上的同時(shí)運(yùn)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(gè)高度隔離的客戶(hù)操作系統(tǒng)當(dāng)中，并開(kāi)放另一個(gè)操作系統(tǒng)做為普通應(yīng)用程序的運(yùn)行環(huán)境，實(shí)現(xiàn)高度安全可靠的運(yùn)行模式。

　　·通過(guò)使用基于微內(nèi)核架構(gòu)的虛擬機(jī)，我們可以把嵌入式系統(tǒng)的硬件資源轉(zhuǎn)化為各個(gè)不同的實(shí)時(shí)系統(tǒng)服務(wù)向上以虛擬設(shè)備的方式提供給虛擬機(jī)上運(yùn)行的客戶(hù)操作系統(tǒng)。借由這種方式，可以同時(shí)支持豐富的非實(shí)時(shí)和實(shí)時(shí)應(yīng)用程序的同時(shí)運(yùn)行并為非實(shí)時(shí)的應(yīng)用程序與實(shí)時(shí)的系統(tǒng)功能之間提供一個(gè)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(guò)使用虛擬機(jī)，我們可以在嵌入式平臺(tái)上得到一個(gè)兼容性較高的軟件運(yùn)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(guò)軟件虛擬的方式變得透明化，進(jìn)一步使不同的嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)之間以及嵌入式平臺(tái)和個(gè)人計(jì)算機(jī)之間能夠?qū)崿F(xiàn)軟件運(yùn)行的兼容。并且通過(guò)虛擬化，我們還能實(shí)現(xiàn)諸如不同平臺(tái)之間的程序遷移，分布式運(yùn)行，故障恢復(fù)等復(fù)雜的功能。

　　·通過(guò)引入網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)機(jī)制，把各種遠(yuǎn)程的計(jì)算資源和設(shè)備資源借助虛擬化、本地化，實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)對(duì)于遠(yuǎn)程資源的透明訪(fǎng)問(wèn)，大幅擴(kuò)展嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)功能，使未來(lái)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(yǔ)

　　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(jī)架構(gòu)。筆者認(rèn)為基于主機(jī)系統(tǒng)和虛擬機(jī)監(jiān)視器的全虛擬化架構(gòu)過(guò)于依賴(lài)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(jī)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(duì)虛擬機(jī)提供了大粒度的抽象，無(wú)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(jī)環(huán)境，將兩者的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，整個(gè)虛擬機(jī)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(jī)抽象;和提供資源管理和功能實(shí)現(xiàn)的用戶(hù)態(tài)虛擬機(jī)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(shí)時(shí)性支持等特點(diǎn)在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用前景。