[發(fā)明專利]一種針對硬件虛擬化的內(nèi)存監(jiān)控方法和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210160617.0
• 申請日: 2012-05-22
• 公開（公告）號: CN102736969A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田昕暉;高云偉;鄔小龍;孫毓忠;葉川
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院計算技術(shù)研究所
• 主分類號: G06F11/30
• 分類號: G06F11/30;G06F9/455
• 代理公司: 北京律誠同業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11006
• 代理人: 祁建國;梁揮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及虛擬化環(huán)境Xen，具體涉及一種在虛擬化環(huán)境Xen中利用Windows特權(quán)虛擬機監(jiān)控其他HVM虛擬機內(nèi)存的方法及系統(tǒng)，屬于計算機體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，隨著處理器速度的不斷提升和網(wǎng)絡(luò)帶寬的持續(xù)增長，虛擬化技術(shù)得到了廣泛的重視。在數(shù)據(jù)中心中，虛擬化技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。Xen是由劍橋大學計算機實驗室系統(tǒng)研究組開發(fā)的虛擬機監(jiān)視器，以其高效性和靈活性而著稱。其作為一個高性能的開源的虛擬機軟件，也引起了業(yè)界極大的關(guān)注，其良好的性能表現(xiàn)，比物理機僅低3%~5%的性能，也贏得了市場的一片好評。

Xen屬于硬件級虛擬化軟件，即直接運行在硬件級上，為其上運行的操作系統(tǒng)內(nèi)核提供虛擬化的硬件環(huán)境。Xen的結(jié)構(gòu)包括一個虛擬機管理層（Virtual?Machine?Monitor，以下簡稱VMM），在Xen中也稱作管理程序（Xen?Hypervisor），一個特權(quán)域（Privileged?Domain），還有其他的客戶域（Domain），特權(quán)域和客戶域都可以被稱為虛擬機。其中，特權(quán)域成為Domain?0（Dom0），主要功能是輔助Xen管理其他Domain，提供相應(yīng)的虛擬資源服務(wù)，其他則稱為Domain?U（DomU）。

由于目前市場占有率比較高的x86架構(gòu)的處理器在設(shè)計之初未考慮支持虛擬化技術(shù)，其本身的結(jié)構(gòu)和復(fù)雜性使得在其之上進行虛擬化非常困難，因此，在Xen設(shè)計之初，采用的是一種半虛擬化的解決方案，即通過對客戶機的操作系統(tǒng)（Guest?OS）進行代碼級修改來避開x86架構(gòu)帶來的弊端，但這種做法十分繁瑣，且?guī)砹艘恍┫到y(tǒng)指令級別的沖突以及運行效率的問題。目前Intel與AMD在硬件級都提供了對虛擬化的支持，能夠支持未經(jīng)修改的Guest?OS直接運行，減少了虛擬機運行的系統(tǒng)開銷，這些利用硬件進行虛擬化的虛擬機被稱為硬件虛擬域（Hardware-based?Virtual?Machine，簡稱HVM）。Xen中已經(jīng)提供了對HVM用戶的支持。

內(nèi)存中存有操作系統(tǒng)的內(nèi)核以及執(zhí)行的進程的內(nèi)容，因此，通過對內(nèi)存中內(nèi)容的監(jiān)控，可以獲得執(zhí)行中的進程信息以及操作系統(tǒng)內(nèi)核中主要數(shù)據(jù)的信息，從而更好地分析操作系統(tǒng)的運行狀況，識別出進程的惡意行為，由于每臺虛擬機的內(nèi)存之間是隔離的，利用虛擬化技術(shù)來進行監(jiān)控與本機上進行內(nèi)存監(jiān)控的方法相比具有天生的優(yōu)勢。文獻1“Bryan?D?Payne,Martin?D?P?De?A?Carbone,Wenke?Lee.Secure?and?Flexible?Monitoring?of?Virtual?Machines.ACSAC?2007”中提到一種利用Xen提供的借口在Dom0中建立一套監(jiān)控DomU的內(nèi)存及磁盤信息的方法，但以此種方法為代表的目前虛擬機內(nèi)存監(jiān)控技術(shù)都是以Dom0為監(jiān)控端,且僅能夠監(jiān)控裝有32位操作系統(tǒng)的DomU,這對于64位操作系統(tǒng)越來越普遍的當前形勢來說具有很大的局限性。本發(fā)明是在一臺裝有Windows系統(tǒng)的特權(quán)虛擬機上實現(xiàn)的針對HVM虛擬機的內(nèi)存監(jiān)控，且對于32位操作系統(tǒng)和64位操作系統(tǒng)的DomU都能進行監(jiān)控，比現(xiàn)有的內(nèi)存監(jiān)控技術(shù)更加先進。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種使用HVM特權(quán)虛擬機作為監(jiān)控端，獲取其他DomU內(nèi)存信息的方法及其系統(tǒng)，其中，特權(quán)指的是該虛擬機具有與Xen的hypervisor通信的能力，內(nèi)存地址形式主要是虛擬地址，DomU上安裝的操作系統(tǒng)涉及32位與64位的Linux和windows操作系統(tǒng)，由于PAE模式已經(jīng)使用得比較普遍，32位系統(tǒng)部分將默認采取PAE模式。

為了讓HVM特權(quán)虛擬機能夠使用Xen提供的Hypercall以及映射機制，我們在該特權(quán)虛擬機中添加IOCTL設(shè)備驅(qū)動，該設(shè)備驅(qū)動模擬Dom0與Xen的交互模式，提供給特權(quán)虛擬機與Xen進行交互的功能，該功能包括使用Xen提供的Hypercall以及映射機制。

本發(fā)明公開一種針對硬件虛擬化的內(nèi)存監(jiān)控方法，包括：

步驟1，建立客戶域DomU，根據(jù)操作系統(tǒng)的運算能力建立內(nèi)存監(jiān)控參數(shù)，所述操作系統(tǒng)的運算能力包括32位操作系統(tǒng)和64位操作系統(tǒng)；

步驟2，將客戶域DomU的配置文件初始化，導(dǎo)入內(nèi)存監(jiān)控參數(shù)，并對內(nèi)存監(jiān)控參數(shù)進行映射操作，實現(xiàn)內(nèi)存監(jiān)控優(yōu)化。

所述的針對硬件虛擬化的內(nèi)存監(jiān)控方法，在步驟2執(zhí)行32位操作系統(tǒng)時包括：

步驟21，用戶提供要映射的DomU的進程的pid、DomU的id值以及虛擬地址；

步驟22，若pid為0，則該被監(jiān)控的虛擬地址屬于內(nèi)核空間；