嵌套虛擬化下基于VT-d技術(shù)的I-O性能優(yōu)化研究.pdf

1、隨著虛擬化技術(shù)的發(fā)展，對(duì)VMM進(jìn)行實(shí)時(shí)遷移、開發(fā)測(cè)試運(yùn)維、安全控制等方面的需求使嵌套虛擬化成為必要。目前在Xen項(xiàng)目上，嵌套I/O虛擬化的實(shí)現(xiàn)主要基于軟件模擬或類虛擬化。嵌套虛擬設(shè)備發(fā)生DMA時(shí)，CPU頻繁陷入VMexit并模擬DMA訪問(wèn),給系統(tǒng)帶來(lái)較大開銷，導(dǎo)致I/O性能較低。
　　針對(duì)上述問(wèn)題，本論文以嵌套虛擬化和I/O虛擬化的基本原理和實(shí)現(xiàn)為研究對(duì)象，旨在以減少設(shè)備DMA訪問(wèn)時(shí)VMexit發(fā)生次數(shù)為研究方向，以嵌套設(shè)備直接訪

2、問(wèn)底層物理內(nèi)存為研究思路，通過(guò)研究VT-d和影子頁(yè)表技術(shù)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了硬件輔助的虛擬VT-d方案，以優(yōu)化嵌套虛擬機(jī)的I/O性能。研究?jī)?nèi)容如下：
　　1.對(duì)物理VT-d設(shè)備進(jìn)行虛擬化封裝，創(chuàng)建了虛擬VT-d結(jié)構(gòu)，使嵌套VMM可再次進(jìn)行設(shè)備分配。構(gòu)建了虛擬的DMA重映射硬件，進(jìn)行虛擬的DMA重映射，將嵌套設(shè)備的DMA訪問(wèn)轉(zhuǎn)換成底層設(shè)備物理地址。
　　2.為了加速DMA訪問(wèn)，設(shè)計(jì)了影子VT-d頁(yè)表，將嵌套客戶機(jī)物理地址到嵌套VMM物

3、理地址的映射，再到底層VMM物理地址的兩層映射，縮減為一層映射，使得嵌套設(shè)備對(duì)內(nèi)存的訪問(wèn)直接關(guān)聯(lián)到物理設(shè)備，期間無(wú)須中間嵌套 VMM的干預(yù)，可以減少VMexit調(diào)度次數(shù)和降低CPU調(diào)度頻率。
　　3.采用遞歸方法實(shí)現(xiàn)設(shè)備直接分配的嵌套，將設(shè)備在底層VMM進(jìn)行設(shè)備隱藏，使用I/O位映射或PCI基址寄存器轉(zhuǎn)換表技術(shù)來(lái)直接分配，進(jìn)入嵌套VMM后，再次使用這兩項(xiàng)技術(shù)來(lái)供CPU訪問(wèn)相應(yīng)的端口I/O和內(nèi)存映射I/O。
　　此方案使嵌套虛