[發明專利]Xen虛擬機Fork機制建立方法

有效

• 申請號: 201710026549.1
• 申請日: 2017-01-14
• 公開（公告）號: CN106775956B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 張一鳴;章成飛;喻凱;李東升
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G06F9/455
• 分類號: G06F9/455
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 陸薇薇

本發明屬于計算機虛擬技術領域，具體涉及Xen虛擬機Fork機制建立方法。主要步驟：啟動xen系統，在Xen內核的libxl模塊主函數中，設置兩個進程；父DomU構建完成并啟動起來，讀取Xenstore中自身DomU下的is_parent標志位，判斷若等于1，執行父DomU的fork操作；子DomU構建完成并啟動起來，讀取Xenstore中自身DomU下的is_parent標志位，判斷等于0，執行子DomU的操作；子DomU讀取Xenstore中授權表下標和頁內偏移、寄存器狀態值和要執行的函數名稱，映射授權頁面，恢復寄存器狀態，然后執行函數。

技術領域

本發明屬于計算機虛擬技術領域，具體涉及Xen虛擬機Fork機制建立方法。

背景技術

Xen是一個開放源代碼的虛擬機監視器，在Xen上運行的虛擬機稱為Domain(域)，在Xen上的眾多Domain中存在一個特權域用來輔助Xen管理其他Domain，提供相應的虛擬資源服務，特別是其他Domain對I/O設備的訪問，這個特權域稱為Domain0(簡稱：Dom0)，而其他則稱為DomainU(簡稱：DomU)，本文中Fork機制所指虛擬機均指DomU，Fork表示分叉，克隆的意思。Xen系統實現了共享內存機制，用于Domain之間數據的共享和傳遞。它建立在Domain之間的授權機制之上，即對共享內存的訪問須要預先通過授權。Domain之間的授權機制稱為授權表機制，它是一種基于頁(Pages)的授權訪問機制。Xenstore是Xen提供的一個域間共享的存儲系統，這個系統由Dom0管理和維持。Xenstore是一個具有層次結構的目錄，類似于Linux中的樹形目錄。Xenstore中存儲了Domain之間共享的配置信息，Dom0作為管理域，可以查看整個結構的內容，而DomU只能查看自身的信息。MiniOS是包含在Xen源代碼中的一個輕量級的操作系統內核，主要作為存根域的操作系統，存根域是一個為分解Dom0Qemu設備模型(為Xen的全虛擬化功能提供支持)運行在Xen之上的特殊的系統域。

經過修改的MiniOS成為可以提供單一服務的虛擬機，稱作Unikernel。由此可以將Xen看作一個整體的操作系統，其上運行的各個提供單一服務的Domain看作操作系統中的進程。實際上，Domain在Xen系統中的地位與傳統Linux系統中的進程無異。在Linux系統中，進程通過Fork(分叉)產生子進程，Fork過程首先會對父進程進行克隆，產生一個幾乎完全一樣的子進程，之后父子進程會執行不同的代碼，從而完成不同任務，進程的Fork是Linux中產生新進程的主要方式。受Linux進程Fork的啟發，因此提出Xen之上虛擬機的Fork機制。使虛擬機能在運行過程中Fork出具有相同初始狀態的子虛擬機，去完成其他任務。

虛擬機Fork機制本質上是虛擬機的克隆，但是目前的虛擬機克隆都是屬于靜態克隆，即先將要克隆的虛擬機掛起或關閉，然后手動執行克隆操作，最后恢復原始虛擬機并啟動新虛擬機。不同的虛擬機監視器有著不同的克隆策略。目前業界主流的虛擬機監視器有VMware、KVM和Xen等。VMware支持兩種類型的克隆：完整克隆和鏈接克隆，一個完整克隆是和原始虛擬機完全獨立的一個拷貝，它不和原始虛擬機共享任何資源。可以脫離原始虛擬機獨立使用。一個鏈接克隆需要和原始虛擬機共享同一虛擬磁盤文件，不能脫離原始虛擬機獨立運行。但采用共享磁盤文件卻大大縮短了創建克隆虛擬機的時間，同時還節省了寶貴的物理磁盤空間。KVM與Xen有著相同的兩種虛擬機克隆方式，一個是將虛擬機關閉之后，使用Virt-manager(一個開源的虛擬機管理工具)的Virt-clone工具(或者使用其他虛擬機管理工具)對虛擬機進行克隆，然后修改新虛擬機的主機名和IP地址等；另外一種方式是手動直接復制磁盤文件與配置文件，然后修改配置文件。這兩種方式本質上都是對虛擬機的磁盤文件和配置文件進行了拷貝，均需要掛起或關閉原始虛擬機。目前各種虛擬機監視器中，類似于Linux進程Fork機制這種動態克隆虛擬機的機制還未實現。