Nano进程虚拟机的设计与实现

发布时间：2020-06-09 10:56

【摘要】： 计算机系统是一个复杂的结构,管理复杂性的关键是通过一些定义好的接口把计算机系统分成不同的抽象层次,使得底层的实现细节可以被忽略,简化高层组件的设计。然而定义好的接口也有限制,按照某个接口规范设计的子系统不能与按其它接口规范设计的子系统工作。由于存在不同指令集的处理器和不同的操作系统,以二进制程序发布的应用程序被绑定在一个特定的指令集和操作系统上。 虚拟化提供了一种放宽限制、增加灵活性的方式。当一个系统或子系统被虚拟化,它的接口和通过接口可见的资源被映射到真实系统的接口和资源上,这个真实系统被转变成一个不同的虚拟系统或多个虚拟系统。虚拟机能绕开真实机器兼容限制和硬件资源限制来提供更高级别的软件移植性和灵活性。 进程虚拟机仿真用户级指令和操作系统调用,实现了在主机平台上执行采用不同平台的指令集体系结构和操作系统接口的二进制程序。通过进程虚拟机的理论研究,设计并实现了一个进程虚拟机系统模型,系统由一个汇编器和一个虚拟机运行时构成。汇编器将汇编源代码翻译成虚拟平台的字节码文件,翻译过程可以细分为参数处理、初始化、源代码加载、预处理、汇编语句到字节码指令的翻译、标签处理、生成字节码文件。虚拟机运行时解释执行字节码文件,组合主机平台的指令来实现与虚拟平台的字节码指令等价的功能,整个过程可以细分为命令行参数处理、构建运行环境、字节码验证、指令执行。 经过运行测试与结果分析,整个系统实现了虚拟平台到主机平台不同指令集体系结构和不同操作系统接口的转化,对进程虚拟机的理论和相关技术进行了验证。
【图文】：

图 1.1 计算机接口指令集体系结构(Instruction SetArchitecture，ISA)，如图 1.1 右，是软件与硬件，定义和控制硬件和软件之间的接口，包括用户指令集和系统指令集。用户是指令集体系结构中应用程序可见的部分。系统指令集是指令集体系结构中作系统这样的超级用户软件才能看到的部分，，负责管理硬件资源。从系统的，机器由底层硬件实现，ISA 提供了系统与机器之间的接口[13]。应用二进制接口(Application Binary Interface，ABI)，如图 1.1 左，提供程序访资源和使用系统服务的能力。包括两个组件：一个是所有用户指令的集合，系统指令；另一个是操作系统的系统调用接口。从进程的角度看，机器由操和底层的用户级硬件组成，ABI 提供了进程与机器之间的接口[14]。

虚拟化是一个同态结构，映射虚拟客户系统到一个真实的主机。如图1.2，这个同态结构映射客户机状态到主机状态（函数 V），对于修改客户机状态的一系列操作（函数 e 修改状态 Si到状态 Sj），在主机上有相应的一系列操作 e’（修改 S’i到 S’j）。虽然这个同态也能被用来描述抽象，我们区分两者：虚拟化不同于抽象在于
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP302

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本文编号：2704587