一種系統預引導階段硬件輔助CPU虛擬化環境建立的方法技術方案

本發明專利技術涉及一種系統預引導階段硬件輔助CPU虛擬化環境建立的方法，其方法是對移動U盤進行初始化，設置相關的引導扇區以及后續硬件輔助CPU虛擬環境建立的相關信息，設計并實現系統預引導階段硬件輔助CPU虛擬環境的建立。按照系統預啟動運行環境對該方法進行測試，將引導扇區放在移動U盤的第一扇區位置，硬件輔助CPU虛擬環境建立的相關代碼放在硬盤的第二扇區及其后續位置，系統加電啟動后BIOS執行系統初始化后將引導扇區代碼調入內存運行，由引導扇區代碼調入硬件輔助CPU虛擬環境建立代碼，建立預引導階段的硬件輔助CPU虛擬環境。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及建立預引導階段虛擬環境，特別是涉及一種系統預引導階段硬件輔助 CPU虛擬化環境建立的方法。
技術介紹
目前主流的虛擬化技術主要有全虛擬化技術(Full Virtualization)，泛虛擬化技術(Para Virtualization)和硬件輔助虛擬化技術(Hardware Assisted Virtualization)。前兩種在沒有硬件擴展情況下就可以支持多操作系統的運行，但是性能比較差，特別是對于I/O訪問頻繁的應用；硬件輔助虛擬化技術屬于一種虛擬化硬件加速技術，它的主要目標有兩個一是減少虛擬化系統開發設計代價，如簡化VMM (Virtual Machine Monitor)軟件設計，提供對客戶操作系統，驅動程序的更好兼容性等方面；另外， 就是減小由于系統虛擬化所帶來的額外開銷問題。采用硬件輔助的虛擬化技術，可以使得客戶操作系統無需修改就可以直接在虛擬機監視器VMM軟件上執行，同時也不需要采用類似二進制翻譯等技術，因而虛擬化開銷較小。目前主流的芯片提供商都在自己最新的CPU上增加了硬件輔助虛擬化技術，從硬件的角度對虛擬化進行擴展支持，如Intel的VT，AMD的AMD-V，IBM的Power5，6以及SUN的 OpenSparc T2都包含硬件輔助虛擬化技術。盡管技術的名稱存在不同，但是其基本原理，實現方法基本一致。本專利技術是以Intel的CPU虛擬化技術為例進行的。下面對Intel的CPU 虛擬化技術進行簡單介紹。如圖1所示，過去只有大型主機系統才支持虛擬化技術，通用處理器是不支持虛擬化的。為使得通用的處理器也支持虛擬化，Intel的虛擬化技術在其IA-32體系的CPU指令集中增加了對虛擬支持的指令VMX(Virtual Machine Extensions 虛擬機擴充)。由于這些指令是在硬件層實現的，使得虛擬控制過程變得更快更簡單。在這種虛擬環境下，增加了兩種新的操作模式VMX根操作模式以及VMX非根操作模式。控制虛擬環境的軟件VMM運行在根操作模式下，用于處理特殊指令；而VM(Virtual Machine:虛擬機)則運行在非根操作模式。當在非根操作模式VM執行到特殊指令的時候， 系統會切換到運行于根操作模式的VMM，讓VMM來處理這個特殊指令。除此之外，Intel VT VMX 操作新定義了 VMCS(Virtual Machine Control Structure 虛擬機控制結構)，如圖2所示。該結構中包含了處理器重要信息的區域，一個是主機狀態區域，另一個是客戶機狀態區域。VMM對硬件虛擬CPU的管理通過VMCS實現。 VMX非根操作模式與根模式之間的狀態變遷由VMCS管理。當虛擬機進入時(處理器控制從 VMX根狀態進入VMX非根狀態)，處理器狀態被保存在VMCS的主機狀態區域中，同時客戶機狀態從VMCS中裝入。相反，當虛擬機退出時(從VMX非根狀態進入VMX根狀態)，客戶機狀態被保存在VMCS的客戶機狀態區域中，而主機狀態則從VMCS的主機狀態區域裝入。某些特定的指令、事件或狀態會導致虛擬機退出到VMM，但客戶機軟件本身并不知道自己是否運行在虛擬機上。
技術實現思路
本專利技術在于避免以上現有技術的不足提供一種系統預引導階段硬件輔助CPU虛擬化環境建立的方法。本專利技術的技術方案如下一種系統預引導階段硬件輔助CPU虛擬環境建立的方法，該方法包括以下步驟1)通過操作系統下的安裝單元對移動U盤進行初始化，設置相關的引導扇區信息，建立硬件輔助CPU虛擬環境；2)操作系統對BIOS進行相關設置，將移動U盤設置為BIOS系統啟動的第一引導設備；3)操作系統加電啟動，BIOS完成系統自檢后將移動U盤的引導扇區調入內存執行，由移動U盤的引導扇區調入所述硬件輔助CPU虛擬環境，建立操作系統啟動前預引導階段的硬件輔助CPU虛擬環境。進一步，所述的對移動U盤進行初始化的具體做法為將引導扇區代碼放在移動 U盤的第一扇區位置，將建立硬件輔助CPU虛擬環境的相關信息代碼，且將此相關信息代碼放在移動U盤的第二扇區及其后續位置。進一步，所述的建立硬件輔助CPU虛擬環境的相關信息代碼包括虛擬機監視器 VMM與虛擬機VM之間的控制權的轉移。進一步，所述的VM到VMM控制權的轉移包括如下步驟DCPU執行VM中正常的指令，直至最后執行HLT指令的前一條指令；2) VM代碼中的HLT指令，產生一個通用保護錯誤處理的中斷服務事件；3) CPU執行通用保護錯誤處理中斷服務程序，直到遇到VMX的指令vmcall ；4) vmcall指令產生VM退出事件，將CPU控制權轉交給VMM。進一步，所述的VMM到VM控制權的轉移包括如下步驟1) CPU執行主控任務中的指令，進入IA32-E模式，將系統控制權交給VMM ；2) CPU執行VMM中的指令，主要的任務有設置A20模式、根據MSR基地址，讀取VMX 能力MSR、初始化VMM以及VM的VMCS區域、調用vmxon指令進入VMM根操作模式、清除VM 的VMCS區域、裝載VM的VMCS區域為當前的VM、為當前的VM的VMCS進行初始化配置、調用 VMX的vmlaunch指令將控制權轉給VM ；3) CPU執行VM中的指令，將控制權轉交給VMM ；4) VMM從步驟3)的下一條指令繼續執行，其中包括從當前VMCS中獲取信息，調用 vmxoff指令退出根操作模式；5) VMM將控制權交給主控任務，主控任務從步驟1)的下一條指令繼續執行，離開 IA32-E 模式；6)主控任務將CPU控制權交給系統原有的系統裝載器，繼續系統的啟動過程。本專利技術相比現有技術具有如下優點1.在系統預引導階段由移動U盤建立硬件輔助CPU虛擬環境，由于此時操作系統尚未啟動，具有與具體的操作系統無關的特征。2.由移動U盤作為介質建立硬件輔助CPU虛擬環境，不論成功與否，都不影響目標系統原來的執行流程，從而不會對原有的系統造成影響。附圖說明圖1.是Intel VT技術中VMX根操作模式與非根操作模式的進入與退出示意圖。圖2.是Intel VT技術中VMCS，VM以及VMM之間的關系示意圖。圖3.是本專利技術存放在移動U盤上代碼之間位置關系以及執行次序的示意圖。圖4.是本專利技術所示VM到VMM控制權的轉移流程圖。圖5.是本專利技術所示VMM到VM控制權的轉移流程圖。具體實施例方式本專利技術一種系統預引導階段硬件輔助CPU虛擬化環境建立的方法實施步驟通過以下方式實現第一步，通過操作系統下的相關工具，比如Linux下的dd命令或Windows下的 dskprobe工具對移動U盤進行初始化，設置相關的引導扇區信息以及主控代碼、VMM代碼、 VM代碼。將主控代碼、VMM代碼、VM代碼放在移動U盤的第二及其后續扇區位置，具體所占扇區個數由代碼大小決定。第二步，設置BIOS (Basic Input Output System)對 Intel VT 的支持，設置 BIOS 中系統引導盤的的次序，使得移動U盤成為系統引導的第一設備。第三步，系統啟動，BIOS系統運行完后，由INT 19H中斷調度移動U盤的引導扇區執行，該引導扇區代碼將存放在移動U盤的第二以及后續扇區的主控代碼、VMM代碼、VM代碼調度執行，建立硬件輔助CPU虛擬化環境。本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：彭雙和，
申請(專利權)人：北京交通大學，
類型：發明
國別省市：