[发明专利]基于国产申威处理器的虚拟机构建方法和系统

说明书

本发明提供基于处理器的虚拟机构建方法和系统，在用户空间虚拟机管理程序中，输入配置命令，创建并启动虚拟机；用户接口接收并解析配置命令，访问内核模块接口；在物理机文件系统中创建设备文件作为用户空间虚拟机管理程序访问物理机内核的内核模块接口；物理机内核的虚拟化管理响应用户空间虚拟机管理程序访问，初始化虚拟机实例的数据结构，填充虚拟CPU状态数据，保存物理机的当前CPU运行状态，访问HMCode特定调用切换至虚拟机运行状态。实现基于国产申威处理器平台的轻量级虚拟机构建，实现虚拟机创建、启动、暂停、停止等，实现关键输入输出设备虚拟化功能，包括虚拟化存储访问、虚拟化显示设备以及虚拟网卡。

技术领域

本发明涉及虚拟机构建领域，具体地，涉及一种基于国产申威处理器的虚拟机构建方法和系统，尤其是涉及一种基于国产申威处理器的虚拟机构建方法和系统。

背景技术

当前，国产申威处理器架构正在不断迈向成熟，同时也因此正在许多不同应用领域逐渐获得了广泛的应用，特别是在我国政府机关以及相关机构组织的关键应用场景下。考虑到国产申威处理器平台是由我国研究机构自主研发并维护控制其设计架构，此平台很显然将具有优秀的安全可信度，同时也能够根据我国组织机构的特殊需求进行相应的调整与适应，亦增加了其应用的灵活性以及广泛性。因此，基于申威处理器架构的计算机设施将有能力参与构建支持大部分的政府以及机构关键重要项目活动，为其提供可信任的承载环境，并实现这些项目活动所必需的各种计算功能，包括数学模型模拟，大规模数据处理，云数据存储以及网络通信等。

然而，作为一个具有一定需求导向的开发项目，由于国产申威处理器架构仍然处于新近开发，并期望在应用测试中逐渐进行长期迭代完善的平台，其在功能完整性上仍然存在一定的不足与限制。很显然，这些功能上的限制整体而言主要可以归咎于两方面的原因：一方面是由于硬件设计的复杂度在支持基础功能以外的扩展功能上存在一定的困难，而另一方面则是由于软件应用环境的不够成熟，许多支持特殊应用功能的系统软件未能成功移植至申威处理器平台。作为一个典型的例子，基于国产申威处理器平台的虚拟化支持是很具有代表性的。正是因为国产申威处理器并未提供硬件原生的页式内存管理与多重页表支持等虚拟化必要功能，此平台很难实现硬件辅助虚拟化，而必须求助于软件模拟。同时，申威处理器平台缺少虚拟化管理工具软件的移植与实现，因此必须通过开发原生虚拟化支持平台以实现虚拟化功能。

同时，在所有必要实现的技术路线中，虚拟化功能支持对于国产申威处理器平台而言，又是极为关键的一项技术功能。所谓虚拟化技术，可以简单理解为在物理计算机平台上构建并模拟多个独立的“虚拟”计算环境，同时让它们并行同步运行的技术。这些可以被定义为“虚拟机”的计算环境，在共同分享物理机所提供的各种计算资源的前提下，却能够互相隔离成具有不同硬件设备配置与操作系统环境独立计算环境以提供给不同客户互不干扰地使用。由于国产申威处理器平台更多是面向专业用户而非个人用户，可以想象基于此平台所构建部署的计算设备，绝大多数为专用服务器或数据中心节点集群等中大型计算机设施。很明显在此类计算设施中，多用户多任务的并行处理能力是极为基础的，同时虚拟化技术所提供的大规模计算资源共享分配，以及多用户间资源环境隔离能力同样非常关键。此亦为本专利所开发设计的一种基于国产申威处理器平台的轻量级虚拟机构建方法的意义所在。

目前，设计并实现基于国产申威处理器的轻量级虚拟机构建方法需要面对以下问题：首先，不同于主流x86指令集平台，申威处理器平台并未提供硬件原生的虚拟化支持加速功能，因此亦无法通过调用硬件接口实现高效的虚拟机运行管理，而必须通过软件处理实现虚拟化。同时，国产申威处理器指令集架构具有特殊的运行特权级设计，切换流程以及运行规范，因此在实现虚拟化过程中必须以此为参照设计相应功能实现过程，开发硬件相关代码。另外，现有开源虚拟化实现方案无法在申威处理器平台指令集上进行直接的移植与运行，必须以此为参照开发原生解决方案。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于处理器的虚拟机构建方法和系统。