摘要：内存虚拟化是系统虚拟化中如何有效抽象、利用、隔离计算机物理内存的重要方法,决定着系统虚拟化的整体性能.传统的纯软件内存虚拟化方法会产生较大的资源开销并且兼容性差,而硬件辅助的内存虚拟化方法需要重新设计处理器硬件架构.基于MIPS架构处理器提出一种软硬件协同的内存虚拟化方法,在不增加硬件支持的情况下提高内存虚拟化性能.提出的多层虚拟地址空间模型不仅可以解决MIPS架构处理器存在的虚拟化缺陷,而且可以在已有的内存虚拟化方法上提高性能.在多层虚拟地址空间模型的基础上,提出基于地址空间标识码(address space identity,ASID)、动态划分的旁路转换缓冲(translation lookaside buffer,TLB)共享方法,降低了虚拟机切换的开销.最终,在MIPS架构的龙芯3号处理器上实现了系统虚拟机VIRT-LOONGSON.性能测试表明,提出的方法可以提高大多数测试程序的性能,达到二进制翻译执行性能的3~5倍,并在TLB模拟方法的基础上提高了5%~16%的性能.

摘要：为降低虚拟机监控器在内存虚拟化方面的开销,提高内存虚拟化性能,分析了两种的内存虚拟化机制,着重对基于Intel扩展页表的内存虚拟化机制进行了研究,分析了基于扩展页表的两种内存虚拟化方案优劣,并进一步分析了影响内存虚拟化性能的因素。针对扩展页表页故障,提出了页池的动态内存分配方案。内存虚拟化实现表明,采用扩展页表实现内存虚拟化能简化了设计流程,有效地提高了内存虚拟化性能。

摘要：在纯软件实现的X86系统仿真模型中,客户机的访存性能较低,是制约X86系统仿真性能的瓶颈之一。文章借鉴协同设计虚拟机的思想,提出了一种软硬件协同设计的内存虚拟化方案,设计并实现了硬TLB及其访问扩展指令,通过交叉编程使软MMU和硬TLB协同工作,提高地址转换效率。实验表明,软硬件协同设计方案提升了36.7%的访存带宽,显著提高系统仿真性能。

摘要：嵌套页表是一种硬件辅助的内存虚拟化模型,当前国产申威处理器上未能提供该模型所需的硬件支持.然而申威架构特有的特权程序可编程接口可以通过软件构建必要的底层硬件支持.该接口运行在申威硬件模式上,具有最高CPU特权级.基于这一特性,在申威平台上实现了软件平滑嵌套页表模型swFNPT,通过软件设计优化弥补了硬件支持上的不足.特别地,使用平滑(1级)嵌套页表代替4级嵌套页表来提升页表查询效率.使用多组测试程序测试该设计的性能.在申威1621服务器上的实验结果表明:swFNPT整体性能良好.SPEC CPU 2006的平均内存虚拟化开销约为3%,SPEC CPU 2017中大工作集程序的平均开销约为4%,STREAM内存带宽测试结果显示swFNPT的带宽损失低于3%.这一工作可以为申威架构的硬件辅助虚拟化发展提供有价值的参考.

摘要：为提升跨平台系统虚拟机的效率,提出若干内存虚拟化相关的优化方法。介绍基于SW-410处理器的跨平台x86系统虚拟机监控器ARCH-BRIDGE的设计方案,对ARCH-BRIDGE的存储子系统性能进行剖析,识别若干影响内存虚拟化性能的瓶颈因素,在此基础上提出段级存储仿真优化、页级存储仿真优化、连续内存访问优化等方法,去除不必要的线性地址计算、段界限检查、寄存器上下文切换、虚实地址转换等操作。测试结果表明,应用上述优化方法,ARCHBRIDGE的访存性能提升了2.4倍~3倍,操作系统引导速度提升了约30.4%。

摘要：近年来,随着大数据的发展,GPU应用的数据集规模急剧增加,这对GPU的处理能力提出了挑战。由于摩尔定律即将达到极限,提升单一GPU的性能变得越发困难,而多GPU系统通过提升GPU处理器级的并行性,成为应对该挑战的一种解决方案。GPU制造商对内存虚拟化的支持进一步简化了多GPU系统的编程,提升了资源利用率。内存虚拟化需要地址转换的支持,而地址转换的开销对系统性能具有重要影响。研究了多GPU系统中2种常见的地址转换架构,即分布式地址转换架构和集中式地址转换架构,通过模拟实验对2种架构进行了深度分析和比较,在此基础上提出了优化地址转换设计的建议。

摘要：影子页表作为内存虚拟化地址转换问题的解决方案之一,其性能开销主要源于客户机页表和影子页表不一致造成的缺页异常。实验发现:在使用影子页表技术的虚拟机中,缺页异常引起的虚拟机陷入占所有虚拟机陷入的70%以上;这些缺页异常中,30%的缺页异常由客户机页表本身引起,从而造成不必要的虚拟机陷入。客户机的不必要陷入可以通过结合类虚拟化思想和硬件虚拟化条件优化技术并调整影子页表的缺页异常处理流程来解决。为验证上述方法的有效性,设计并实现了AccSP原型系统。实验结果表明,AccSP能够使得系统性能得以稳定提升。

摘要：针对目前在虚拟机外部,对虚拟机中进程内容获取存在语义鸿沟、获取困难的问题,提出一种基于虚拟机自省(virtual machine introspection,VMI)的进程内容获取技术。在Xen[1]虚拟化平台下,从虚拟CPU上下文信息入手,逐页获取进程内存底层信息;解析进程特定数据结构,根据特定的数据结构分析底层信息。该技术可在虚拟机外部得到客户机操作系统进程列表,以及客户机进程的代码、映射文件等所有进程信息,为虚拟机中进程粒度的研究提供基础。

摘要：内存虚拟化方法一直是虚拟机管理器设计中最重要的部分.文中提出了VMM进行内存管理的一种机制:虚拟机(VM)的动态内存映射模型,它允许VMM在虚拟机运行时,动态地改变它的物理内存与机器物理内存的映射关系.利用DMM,VMM向上能够方便地实现按需取页、页面交换、Ballooning、内存共享、copy-on-write等虚拟机高级内存管理技术,向下能够兼容多种虚拟化架构.它所提供的一种模块化的分层体系结构,能有效地将上层的内存管理策略和底层的内存虚拟化实现很好地融合起来,为实现特征可调的内存管理提供了可能.文中给出了动态内存映射模型的基本原理,并阐述了利用该模型,实现各种虚拟机内存管理技术的相应机制和步骤.同时,在一个开源的虚拟机管理器(KVM)上实现了动态内存映射机制.测试表明,该机制具有良好的灵活性和可扩展性,能够在充分保证虚拟机访问内存的性能的前提下,实现虚拟机内存的动态管理和调配.

摘要：随着互联网时代信息与数据量的爆发式增长,教育、金融、电商、媒体资讯等行业需要处理大规模、海量数据,对计算能力的需求远远超过自身IT架构的计算能力。为了节约成本、实现IT计算能力的快速扩展,云技术的概念被提出来。以云计算的本质为切入点,重点剖析了云计算关键技术—虚拟化技术的实现方法进行了分析。