系統虛擬化—原理與實現

《系統虛擬化：原理與實現》深入而又系統地介紹了以軟體完全虛擬化、硬體輔助虛擬化及類虛擬化為核心的各種系統虛擬化技術。系統虛擬化：原理與實現》是系統虛擬化技術實現原理的全面展示，也是作者這些年在虛擬化學術和工業研究領域開發的經驗總結。《系統虛擬化：原理與實現》理論與實踐相結合，用通俗易懂的語言描述系統虛擬化技術原理，其中不乏具有代表性和普遍意義的實例和技術細節，是學習系統虛擬化技術的寶貴資料。

基本介紹

• 書名：系統虛擬化—原理與實現
• 頁數：238頁
• 出版社：清華大學出版社
• 出版時間：2009年

基本信息

ISBN：9787302193722

裝幀：平裝

開本：16

定價：29.00

內容簡介

《系統虛擬化:原理與實現》深入而又系統地介紹了以軟體完全虛擬化、硬體輔助虛擬化及類虛擬化為核心的各種系統虛擬化技術。全書共9章，第1章概述性地介紹了虛擬化技術； 第2章介紹計算機系統知識； 第3章從CPU虛擬化、記憶體虛擬化和I/O虛擬化三大塊對系統虛擬化技術進行概述，並介紹虛擬機監控器（VMM）的組成與分類，而且對市場上流行的虛擬化產品進行了簡單介紹； 第4~6章分別從基於軟體的完全虛擬化、硬體輔助的完全虛擬化和類虛擬化三種實現技術角度深入介紹系統虛擬化方法； 第7章介紹虛擬機的性能評測和調試技術; 第8章介紹系統虛擬化的套用實例； 最後在第9章對虛擬機和系統虛擬化技術的發展作一個展望。

《系統虛擬化:原理與實現》是系統虛擬化技術實現原理的全面展示，也是作者這些年在虛擬化學術

和工業研究領域開發的經驗總結。《系統虛擬化:原理與實現》理論與實踐相結合，用通俗易懂的語言描述系統虛擬化技術原理，其中不乏具有代表性和普遍意義的實例和技術細節，是學習系統虛擬化技術的寶貴資料。

虛擬化技術在近期成為了學術界和產業界的一大焦點，並且被認為是在將來的一段時間內最具影響力的技術之一，它可能會改變現有系統軟體的整個樣子，為系統軟體帶來一場新的革命。

虛擬化技術正在成為系統軟體中廣泛存在的一層，它的普及可以從三個角度來看待。從硬體平台來講，虛擬化技術被用於企業級伺服器、桌面平台（例如台式

計算機和筆記本式計算機）以及嵌入式系統中； 從用途來講，虛擬化技術被用於系統資源管理、容錯、軟硬體維護、增強系統安全、提升性能和節能等領域；

從趨勢來講，虛擬化技術正在廣泛地與其他技術結合，並且得到更多硬體上的支持，其性能損失不斷降低，部分固化到硬體中。

虛擬化技術的含義很廣泛。將任何一種形式的資源抽象成另一種形式的技術都是虛擬化。在常用的作業系統中就存在某種意義上的“虛擬化技術”，例如虛擬記憶體空間和進程。如果把記憶體看作是一個設備，虛擬記憶體就是將物理記憶體虛擬成多個記憶體空間。虛擬記憶體的容量可以少於或多於物理記憶體。進程的概念實際是對於物理硬體執行環境的一個抽象，每一個進程都享有一個完整的硬體執行環境，並且與其他進程相隔離。

相對於進程級的虛擬化，虛擬機是另外一個層面的虛擬化，即系統級虛擬化。與虛擬單個進程的執行環境所不同，系統級虛擬化所抽象的環境是整個計算機，其抽象出的環境稱為虛擬機，包括CPU、記憶體和I/O。在每個虛擬機中都可以運行一個作業系統，在一台計算機上可以虛擬出多個虛擬機。

本書嘗試將當前主要的虛擬機和系統級虛擬化原理梳理出來，從一個系統設計者的角度來介紹。從基本的原理出發，本書結合主流的x86體系結構和硬體上對虛擬化的支持來介紹系統級虛擬化是如何實現的。除介紹虛擬機與系統級虛擬化原理之外，本書力圖加入學術界對於虛擬化技術或利用虛擬化技術的最新研究、產業界的最新套用和將來可能的發展趨向。

編輯推薦

《系統虛擬化:原理與實現》不僅可以作為教材，供計算機相關專業的大學高年級學生和研究生閱讀； 而且可以作為一本參考手冊，供大學或企業里與系統相關領域的研究開發人員以及對虛擬機及虛擬化核心技術有興趣的研究者和開源工作者閱讀。

目錄

第1章　開篇

1.1　形形色色的虛擬化

1.2　系統虛擬化

1.3　系統虛擬化簡史

1.4　系統虛擬化的好處

第2章　x86架構及作業系統概述

2.1　x86的歷史和作業系統概要

2.1.1　x86的歷史

2.1.2　作業系統概述

2.2　x86記憶體架構

2.2.1　地址空間

2.2.2　地址

2.2.3　x86記憶體管理機制

2.3　x86架構的基本運行環境

2.3.1　三種基本模式

2.3.2　基本暫存器組

2.3.3　許可權控制

2.4　中斷與異常

2.4.1　中斷架構

2.4.2　異常架構

2.4.3　作業系統對中斷/異常的處理流程

2.5　進程

2.5.1　上下文

2.5.2　上下文切換

2.6　I/O架構

2.6.1　x86的I/O架構

2.6.2　DMA

2.6.3　PCI設備

2.6.4　PCI　Express

2.7　時鐘

2.7.1　x86平台的常用時鐘

2.7.2　作業系統的時鐘觀

第3章　虛擬化概述

3.1　可虛擬化架構與不可虛擬化架構

3.2　處理器虛擬化

3.2.1　指令的模擬

3.2.2　中斷和異常的模擬及注入

3.2.3　對稱多處理器技術的模擬

3.3　記憶體虛擬化

3.4　I/O虛擬化

3.4.1　概述

3.4.2　設備發現

3.4.3　訪問截獲

3.4.4　設備模擬

3.4.5　設備共享

3.5　VMM的功能和組成

3.5.1　虛擬環境的管理

3.5.2　物理資源的管理

3.5.3　其他模組

3.6　VMM的分類

3.6.1　按虛擬平台分類

3.6.2　按VMM實現結構分類

3.7　典型虛擬化產品及其特點

3.7.1　VMware

3.7.2　Microsoft

3.7.3　Xen

3.7.4　KVM

3.8　思考題

第4章　基於軟體的完全虛擬化

4.1　概述

4.2　CPU虛擬化

4.2.1　解釋執行

4.2.2　掃描與修補

4.2.3　二進制代碼翻譯

4.3　記憶體虛擬化

4.3.1　概述

4.3.2　影子頁表

4.3.3　記憶體虛擬化的最佳化

4.4　I/O虛擬化

4.4.1　設備模型

4.4.2　設備模型的軟體接口

4.4.3　接口攔截和模擬

4.4.4　功能實現

4.4.5　案例分析：　IDE的DMA操作

4.5　思考題

第5章　硬體輔助虛擬化

5.1　概述

5.2　CPU虛擬化的硬體支持

5.2.1　概述

5.2.2　VMCS

5.2.3　VMX操作模式

5.2.4　VM?Entry/VM?Exit

5.2.5　VM?Exit

5.3　CPU虛擬化的實現

5.3.1　概述

5.3.2　VCPU的創建

5.3.3　VCPU的運行

5.3.4　VCPU的退出

5.3.5　VCPU的再運行

5.3.6　進階

5.4　中斷虛擬化

5.4.1　概述

5.4.2　虛擬PIC

5.4.3　虛擬I/O　APIC

5.4.4　虛擬Local　APIC

5.4.5　中斷採集

5.4.6　中斷注入

5.4.7　案例分析

5.5　記憶體虛擬化

5.5.1　概述

5.5.2　EPT

5.5.3　VPID

5.6　I/O虛擬化的硬體支持

5.6.1　概述

5.6.2　VT?d技術

5.7　I/O虛擬化的實現

5.7.1　概述

5.7.2　設備直接分配

5.7.3　設備I/O地址空間的訪問

5.7.4　設備發現

5.7.5　配置DMA重映射數據結構

5.7.6　設備中斷虛擬化

5.7.7　案例分析：　網卡的直接分配在Xen裡面的實現

5.7.8　進階

5.8　時間虛擬化

5.8.1　作業系統的時間概念

5.8.2　客戶機的時間概念

5.8.3　時鐘設備仿真

5.8.4　實現客戶機時間概念的一種方法

5.8.5　實現客戶機時間概念的另一種方法

5.8.6　如何滿足客戶機時間不等於實際時間的需求

5.9　思考題

第6章　類虛擬化技術

6.1　概述

6.1.1　類虛擬化的由來

6.1.2　類虛擬化的系統實現

6.1.3　類虛擬化接口的標準化

6.2　類虛擬化體系結構

6.2.1　指令集

6.2.2　外部中斷

6.2.3　物理記憶體空間

6.2.4　虛擬記憶體空間

6.2.5　記憶體管理

6.2.6　I/O子系統

6.2.7　時間與時鐘服務

6.3　Xen的原理與實現

6.3.1　超調用

6.3.2　虛擬機與Xen的信息共享

6.3.3　記憶體管理

6.3.4　頁表虛擬化

6.3.5　事件通道

6.3.6　授權表

6.3.7　I/O系統

6.3.8　實例分析：　塊設備虛擬化

6.4　XenLinux的運行

6.5　思考題

第7章　虛擬環境性能和最佳化

7.1　性能評測指標

7.2　性能評測工具

7.2.1　重用作業系統的性能評測工具

7.2.2　面向虛擬環境的性能評測工具

7.3　性能分析工具

7.3.1　Xenoprof

7.3.2　Xentrace

7.3.3　Xentop

7.4　性能最佳化方法

7.4.1　降低客戶機退出事件發生頻率

7.4.2　降低客戶機退出事件處理時間

7.4.3　降低處理器利用率

7.5　性能分析案例

7.5.1　案例分析：　Xenoprof

7.5.2　案例分析：　Xentrace

7.6　可擴展性

7.6.1　宿主機的可擴展性

7.6.2　客戶機的可擴展性

7.7　思考題

第8章　虛擬化技術的套用模式

8.1　常用技術介紹

8.1.1　虛擬機的動態遷移

8.1.2　虛擬機快照

8.1.3　虛擬機的克隆

8.1.4　案例分析：　VMware　VMotion　和VMware　快照

8.2　伺服器整合

8.2.1　伺服器整合技術

8.2.2　案例分析：　VMware　Infrastructure　3

8.3　災難恢復

8.3.1　災難恢復與虛擬化技術

8.3.2　案例分析：　VMware　Infrastructure　3

8.4　改善系統可用性

8.4.1　可用性的含義

8.4.2　虛擬化技術如何提高可用性

8.4.3　虛擬化技術帶來的新契機

8.4.4　案例分析：　VMware　HA和　LUCOS

8.5　動態負載均衡

8.5.1　動態負載均衡的含義

8.5.2　案例分析：　VMware　DRS

8.6　增強系統可維護性

8.6.1　可維護性的含義

8.6.2　案例分析：　VMware　VirtualCenter

8.7　增強系統安全與可信任性

8.7.1　安全與可信任性的含義

8.7.2　虛擬化技術如何提高系統安全

8.7.3　虛擬化技術如何提高可信任性

8.7.4　案例分析：　sHyper、VMware　Infrastructure　3和CoVirt

8.8　Virtual　Appliance

第9章　前沿虛擬化技術

9.1　基於容器的虛擬化技術

9.1.1　容器技術的基本概念和發展背景

9.1.2　基於容器的虛擬化技術

9.2　系統安全

9.2.1　基於虛擬化技術的惡意軟體

9.2.2　虛擬機監控器的安全性

9.3　系統標準化

9.3.1　開放虛擬機格式

9.3.2　虛擬化的可管理性

9.3.3　虛擬機互操作性標準

9.4　電源管理

9.5　智慧型設備

9.5.1　多佇列網卡

9.5.2　SR?IOV

9.5.3　其他

索引

參考文獻