本發(fā)明屬于虛擬化，尤其涉及一種輕量化的虛擬化實現(xiàn)方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

2、傳統(tǒng)虛擬化方案誕生于intel的x86架構(gòu)，可以分為type?i（裸金屬架構(gòu)）和?typeii（宿主架構(gòu)）兩種架構(gòu)類型，主要應(yīng)用在計算性能較高的個人計算機(jī)和服務(wù)器等具有高性能計算的領(lǐng)域。

3、傳統(tǒng)的虛擬化方案存在以下缺陷：對設(shè)備性能要求高，難以應(yīng)用于資源有限的嵌入式環(huán)境，甚至無法在有限的資源環(huán)境中完整實現(xiàn)傳統(tǒng)虛擬化架構(gòu)方案；由于客戶機(jī)系統(tǒng)（即運(yùn)行于虛擬機(jī)內(nèi)部的操作系統(tǒng)）無法直接使用硬件資源，其都需要通過vmm（virtualmachine?monitor：虛擬化管理程序）才能夠?qū)崿F(xiàn)與硬件的通信，特別的，type?ii架構(gòu)在vmm的基礎(chǔ)上還需要通過主客戶機(jī)來實現(xiàn)與硬件的通信，因此，無法保證各個虛擬機(jī)的實時性，難以應(yīng)用于對實時性有要求的環(huán)境中；客戶機(jī)通常難以直接運(yùn)行各種實時操作系統(tǒng)或裸機(jī)程序。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實施例提供了一種輕量化的虛擬化實現(xiàn)方法及裝置，以解決現(xiàn)有虛擬化方案無法在資源受限環(huán)境下進(jìn)行應(yīng)用、虛擬機(jī)實時性無法保證以及無法直接運(yùn)行實時操作系統(tǒng)或裸機(jī)程序的問題。

2、根據(jù)本發(fā)明實施例的第一個方面，提供了一種輕量化的虛擬化實現(xiàn)方法，其應(yīng)用于部署有預(yù)先構(gòu)建的用戶交互工具、系統(tǒng)驅(qū)動程序以及虛擬機(jī)管理固件的裝置，包括：

3、響應(yīng)于虛擬化功能的使能，通過預(yù)先構(gòu)建的用戶交互工具進(jìn)行客戶機(jī)配置文件的加載；其中，所述用戶交互工具運(yùn)行于主客戶機(jī)操作系統(tǒng)；所述客戶機(jī)配置文件包括分配給主客戶機(jī)和若干子客戶機(jī)的硬件資源以及用于客戶機(jī)間通信的共享內(nèi)存聲明；

4、基于客戶機(jī)配置文件中的配置信息，通過系統(tǒng)調(diào)用控制虛擬機(jī)管理固件對各客戶機(jī)進(jìn)行物理硬件資源的隔離，以及，為各客戶機(jī)提供用于客戶機(jī)間通信的共享內(nèi)存，實現(xiàn)客戶機(jī)的創(chuàng)建和客戶機(jī)之間的通信；其中，所述虛擬機(jī)管理固件運(yùn)行于內(nèi)存中；

5、其中，在使能虛擬化功能時，所述主客戶機(jī)和子客戶機(jī)均為虛擬機(jī)，在失能虛擬化功能時，所述主客戶機(jī)為獨(dú)立的操作系統(tǒng)。

6、進(jìn)一步的，所述方法通過硬件隔離直接提供客戶機(jī)所使用的硬件資源。

7、進(jìn)一步的，所述通過系統(tǒng)調(diào)用控制虛擬機(jī)管理固件對各客戶機(jī)進(jìn)行物理硬件資源的隔離，具體為：通過用戶交互工具進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用，系統(tǒng)調(diào)用經(jīng)系統(tǒng)驅(qū)動程序生成超級調(diào)用，通過超級調(diào)用加載虛擬機(jī)管理固件至內(nèi)存運(yùn)行，通過加載的虛擬機(jī)管理固件將物理硬件隔離給不同的客戶機(jī)。

8、進(jìn)一步的，所述共享內(nèi)存采用一比一模型，對于任意兩個客戶機(jī)之間的通信通過共同聲明一個獨(dú)立的共享內(nèi)存。

9、進(jìn)一步的，所述虛擬機(jī)管理固件在特定的處理器特權(quán)等級下工作，對于x86架構(gòu)，虛擬機(jī)管理固件工作在根模式的內(nèi)核態(tài)特權(quán)等級下；對于arm架構(gòu)，虛擬機(jī)管理固件工作在虛擬化模式特權(quán)等級下；對于risc-v架構(gòu)，虛擬機(jī)管理固件工作在虛擬機(jī)監(jiān)控器模式特權(quán)等級下。

10、進(jìn)一步的，所述虛擬機(jī)管理固件，具體執(zhí)行如下處理過程：接收來自于驅(qū)動程序的配置信息和命令，然后根據(jù)命令類型分別進(jìn)行處理，其中：

11、對于使能和創(chuàng)建命令，根據(jù)收到的配置信息初始化對應(yīng)的cpu的狀態(tài)，創(chuàng)建對應(yīng)的內(nèi)存頁表，實現(xiàn)不同客戶機(jī)的內(nèi)存和cpu的資源分配和硬件隔離，并通過鏈表對各個客戶機(jī)的配置信息進(jìn)行管理；

12、對于失能、刪除、修改以及查詢命令，通過查詢對應(yīng)客戶機(jī)的配置信息進(jìn)行相應(yīng)處理，并返回處理結(jié)果。

13、進(jìn)一步的，所述用戶交互工具，具體執(zhí)行如下處理過程:

14、接收用戶的命令輸入；

15、當(dāng)命令輸入為使能或創(chuàng)建命令時，讀取并解析預(yù)設(shè)配置文件，并將解析結(jié)果及相應(yīng)命令發(fā)送至系統(tǒng)驅(qū)動程序執(zhí)行相應(yīng)處理，以及，接收處理結(jié)果并進(jìn)行顯示；

16、當(dāng)命令輸入為失能、刪除或查看命令時，直接將命令發(fā)送至系統(tǒng)驅(qū)動程序執(zhí)行相應(yīng)處理，以及，接收處理結(jié)果并進(jìn)行顯示。

17、進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)驅(qū)動程序，具體執(zhí)行如下處理過程：接收來自用戶交互工具的配置信息及命令；對于使能及創(chuàng)建命令，將配置信息的內(nèi)容從用戶空間復(fù)制到系統(tǒng)空間，經(jīng)校驗處理后，將校驗后的配置信息及相應(yīng)命令發(fā)送至虛擬機(jī)管理固件進(jìn)行處理并返回結(jié)果；以及，當(dāng)成功隔離硬件資源之后，在預(yù)先構(gòu)建的管理鏈表中創(chuàng)建對應(yīng)的維護(hù)節(jié)點(diǎn)，并將維護(hù)節(jié)點(diǎn)映射回主客戶機(jī)，以便于主客戶機(jī)對其它客戶機(jī)進(jìn)行維護(hù)；對于查詢命令，通過直接遍歷已有的管理鏈表，找到對應(yīng)的客戶機(jī)信息，然后返回給用戶交互工具。

18、進(jìn)一步的，所述客戶機(jī)運(yùn)行操作系統(tǒng)類型包括linux、android、windows、實時操作系統(tǒng)以及裸機(jī)程序。

19、根據(jù)本發(fā)明實施例的第二個方面，提供了一種輕量化的虛擬化裝置，包括硬件模塊和軟件模塊，其中，所述硬件模塊包括cpu、內(nèi)存及io設(shè)備；所述軟件模塊包括主客戶機(jī)操作系統(tǒng)、用戶交互工具、系統(tǒng)驅(qū)動程序以及虛擬機(jī)管理固件，以及基于所述軟件模塊執(zhí)行如上所述的一種輕量化的虛擬化實現(xiàn)方法。

20、以上一個或多個技術(shù)方案存在以下有益效果：

21、本發(fā)明提供了一種輕量化的虛擬化實現(xiàn)方法及裝置，所述方案通過復(fù)用現(xiàn)有操作系統(tǒng)（即主客戶機(jī)操作系統(tǒng)）來減少對于硬件資源的依賴，簡化了虛擬化的復(fù)雜性，通過硬件隔離出的硬件供虛擬機(jī)直接使用，保證了各個客戶機(jī)（即虛擬機(jī)）的高實時性。從用戶角度來看，本發(fā)明所述方案將整個虛擬化過程作為當(dāng)前操作系統(tǒng)的一個應(yīng)用程序，啟動虛擬化之后沒有增加任何資源的消耗，從而做到足夠輕量化，同時也降低了性能需求。本發(fā)明所述方案通過硬件隔離直接供客戶機(jī)使用硬件資源，從而可以保證客戶機(jī)的實時性要求，并且可以直接運(yùn)行各種實時操作系統(tǒng)。本發(fā)明附加方面的優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種輕量化的虛擬化實現(xiàn)方法，其特征在于，其應(yīng)用于部署有預(yù)先構(gòu)建的用戶交互工具、系統(tǒng)驅(qū)動程序以及虛擬機(jī)管理固件的裝置，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的一種輕量化的虛擬化實現(xiàn)方法，其特征在于，所述方法通過硬件隔離直接提供客戶機(jī)所使用的硬件資源。

3.如權(quán)利要求1所述的一種輕量化的虛擬化實現(xiàn)方法，其特征在于，所述通過系統(tǒng)調(diào)用控制虛擬機(jī)管理固件對各客戶機(jī)進(jìn)行物理硬件資源的隔離，具體為：通過用戶交互工具進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用，系統(tǒng)調(diào)用經(jīng)系統(tǒng)驅(qū)動程序生成超級調(diào)用，通過超級調(diào)用加載虛擬機(jī)管理固件至內(nèi)存運(yùn)行，通過加載的虛擬機(jī)管理固件將物理硬件隔離給不同的客戶機(jī)。

4.如權(quán)利要求1所述的一種輕量化的虛擬化實現(xiàn)方法，其特征在于，所述共享內(nèi)存采用一比一模型，對于任意兩個客戶機(jī)之間的通信通過共同聲明一個獨(dú)立的共享內(nèi)存。

5.如權(quán)利要求1所述的一種輕量化的虛擬化實現(xiàn)方法，其特征在于，所述虛擬機(jī)管理固件在特定的處理器特權(quán)等級下工作，對于x86架構(gòu)，虛擬機(jī)管理固件工作在根模式的內(nèi)核態(tài)特權(quán)等級下；對于arm架構(gòu)，虛擬機(jī)管理固件工作在虛擬化模式特權(quán)等級下；對于risc-v架構(gòu)，虛擬機(jī)管理固件工作在虛擬機(jī)監(jiān)控器模式特權(quán)等級下。

6.如權(quán)利要求1所述的一種輕量化的虛擬化實現(xiàn)方法，其特征在于，所述虛擬機(jī)管理固件，具體執(zhí)行如下處理過程：接收來自于驅(qū)動程序的配置信息和命令，然后根據(jù)命令類型分別進(jìn)行處理，其中：

7.如權(quán)利要求1所述的一種輕量化的虛擬化實現(xiàn)方法，其特征在于，所述用戶交互工具，具體執(zhí)行如下處理過程:

8.如權(quán)利要求1所述的一種輕量化的虛擬化實現(xiàn)方法，其特征在于，所述系統(tǒng)驅(qū)動程序，具體執(zhí)行如下處理過程：接收來自用戶交互工具的配置信息及命令；對于使能及創(chuàng)建命令，將配置信息的內(nèi)容從用戶空間復(fù)制到系統(tǒng)空間，經(jīng)校驗處理后，將校驗后的配置信息及相應(yīng)命令發(fā)送至虛擬機(jī)管理固件進(jìn)行處理并返回結(jié)果；以及，當(dāng)成功隔離硬件資源之后，在預(yù)先構(gòu)建的管理鏈表中創(chuàng)建對應(yīng)的維護(hù)節(jié)點(diǎn)，并將維護(hù)節(jié)點(diǎn)映射回主客戶機(jī)，以便于主客戶機(jī)對其它客戶機(jī)進(jìn)行維護(hù)；對于查詢命令，通過直接遍歷已有的管理鏈表，找到對應(yīng)的客戶機(jī)信息，然后返回給用戶交互工具。

9.如權(quán)利要求1所述的一種輕量化的虛擬化實現(xiàn)方法，其特征在于，客戶機(jī)運(yùn)行操作系統(tǒng)類型包括linux、android、windows、實時操作系統(tǒng)以及裸機(jī)程序。

10.一種輕量化的虛擬化裝置，其特征在于，包括硬件模塊和軟件模塊，其中，所述硬件模塊包括cpu、內(nèi)存及io設(shè)備；所述軟件模塊包括主客戶機(jī)操作系統(tǒng)、用戶交互工具、系統(tǒng)驅(qū)動程序以及虛擬機(jī)管理固件，以及基于所述軟件模塊執(zhí)行如權(quán)利要求1-9任一項所述的一種輕量化的虛擬化實現(xiàn)方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種輕量化的虛擬化實現(xiàn)方法及裝置，其屬于虛擬化技術(shù)領(lǐng)域，所述方案通過復(fù)用現(xiàn)有操作系統(tǒng)來減少對于硬件資源的依賴，簡化了虛擬化的復(fù)雜性，通過硬件隔離出的硬件供虛擬機(jī)直接使用，保證了各個虛擬機(jī)的高實時性；從用戶角度來看，所述方案將整個虛擬化過程作為當(dāng)前操作系統(tǒng)的一個應(yīng)用程序，啟動虛擬化之后沒有增加任何資源的消耗，從而做到足夠輕量化，同時也降低了性能需求；同時，所述方案通過硬件隔離直接供客戶機(jī)使用硬件資源，從而可以保證客戶機(jī)的實時性要求，并且可以直接運(yùn)行各種實時操作系統(tǒng)。

技術(shù)研發(fā)人員：趙長收,趙井達(dá),吳瑞,石磊,李振
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東乾云啟創(chuàng)信息科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15