文档介绍：系统虚拟化技术
Virtual Machine is a fully protected and isolated copy of the underlying physical machine’s hardware --IBM
姜辉
2011-1-4
提纲
虚拟化技术简介
回顾x86体系结构
虚拟化技术分类
虚拟化在网络安全领域的应用
虚拟化技术简介
诞生于60年代的IBM system/360 Model 40 VMM
1999年Vmware展示了第一款基于X86体系结构的虚拟机
2005年Intel 和 AMD公司分别在芯片上提供了对虚拟化的支持
回顾x86体系结构
X86体系结构回顾
系统分为四个特权级
用户指令和系统指令
用户指令:计算
系统指令:资源管理
操作系统结构回顾
将内存空间分为用户态和内核态
用户态使用特权级3,内核态使用特权级0
回顾x86体系结构
Goldberg和Popek论证了可虚拟化的3条件
等效性。除一些例外,虚拟机上的任何程序的执行行为必须和它在硬件上直接运行时相同
高效性。所有的无害必须在本地硬件上直接执行而不需要VMM的干预(注:对于系统管理不产生影响,即非特权指令)
资源控制。VMM拥有对所有资源的控制。任何客户软件都不能改变VMM对它分配的资源份额。
高效VMM必须满足的条件
敏感指令集是特权指令集的子集
回顾x86体系结构
X86体系结构虚拟化的挑战
指令:处理器不支持虚拟化
部分敏感指令不属于特权指令
I/O设备:PC机上设备多样性
内存:减少多级页表查询的时间开销
回顾x86体系结构
敏感指令的一个例子(popf)
作用是在内存栈顶弹出一个值,将堆栈指针加2,并将值存储到EFLAGS寄存器的低16位
用户态运行没有任何操作
内核态运行产生实际的操作
操作系统辅助的全虚拟化
指令的虚拟化
用户指令直接运行
敏感指令翻译执行
特权指令异常处理
存储器的虚拟化
SPT(影子页表)
I/O设备的虚拟化
利用操作系统帮助来处理外部设备
操作系统辅助的全虚拟化之内存虚拟化
SPT(影子页表)
Guest OS Logic Address -> Physical Address
VMM Physical Address -> Machine Address
TLB(旁路转换缓冲)用来减少地址转换中对内存的访问