[發明專利]一種用于提升虛擬化性能的系統及物理機

有效

• 申請號: 202110639791.2
• 申請日: 2021-06-09
• 公開（公告）號: CN113094153B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 范文一
• 申請（專利權）人: 武漢澤塔云科技股份有限公司
• 主分類號: G06F9/455
• 分類號: G06F9/455
• 代理公司: 北京天盾知識產權代理有限公司 11421
• 代理人: 張彩珍

本發明公開了一種用于提升虛擬化性能的系統及物理機，包括計算裝置，所述計算裝置用于通過計算機系統總線與虛擬機程序直接交互；所述直接交互包括通過內存地址空間訪問和/或發送消息的方式來進行交互；所述發送消息的方式包括使用中斷的方式和/或在某個內存地址設置信號值的方式；該系統提供了不同于利用傳統mmio、pio、vintr機制進行設備虛擬化的方式，提供了一種極大減少設備虛擬化相關的vmexit的方法，進一步提升了虛擬化效率，減少了虛擬化性能損失。

技術領域

本發明涉及虛擬化技術領域，具體涉及一種用于提升虛擬化性能的系統及物理機。

背景技術

虛擬化是云計算的關鍵技術之一，通過虛擬化技術對物理資源進行抽象、封裝和隔離以提升物理資源的利用率，為應用程序屏蔽不同物理硬件帶來的差異，實現“軟件定義計算”；在虛擬化技術中，VMM（亦稱Hypervisor、虛擬機監視器）是最關鍵的核心軟件之一，VMM的穩定性和效率決定應用程序的虛擬化效果，自從虛擬化技術誕生之日起，硬件廠商、VMM軟件廠商一直致力于提升虛擬化效率，減少性能損失，以提升虛擬化技術的擴展性。

業內常用的虛擬化設備實現方法為：VMM通過二進制翻譯、指令流補丁、硬件輔助虛擬化等方式攔截敏感指令和特權指令，從而攔截并分配虛擬機對物理資源的訪問；在實現VMM的過程中，CPU的執行需要在物理機（Host）與虛擬機（VM）之間切換，這個過程中，通常以vmentry和vmexit來分別表示CPU從物理機切換到虛擬機、從虛擬機切換到物理機；VMM先準備虛擬機的運行上下文，然后進行vmentry操作，當虛擬機訪問虛擬化設備時，會發生vmexit，VMM可以根據應用需求，靈活分配虛擬機可以訪問的資源；為了提升虛擬化效率，業內一直致力于減少vmexit，而在虛擬機運行過程中，絕大部分的vmexit都與設備IO、內存訪問相關；與設備IO相關的vmexit主要包含mmio（Memory-Mapped IO 內存映射IO）、pio（PortIO 端口IO）和vintr（virtual interrupt虛擬中斷）。

在IO設備和CPU的數據交換中，mmio和intr最為頻繁；典型的VMM架構如圖1所示，為了簡化VMM實現，通常VMM分為內核態（VMM_kernel）和用戶態（VMM_user）兩部分；VMM_kernel通常實現虛擬化的最核心部分，例如虛擬機CPU指令的執行和截獲、虛擬機（VM）內存的分配以及虛擬化頁表管理、虛擬機的中斷管理、虛擬機IO截獲等核心部分；VMM_user是運行在VMM_kernel之上的用戶態進程，各個VM之間依靠進程的特性實現相互隔離；虛擬化設備在VMM_user層實現，虛擬機程序（Guest）通過mmio和pio對虛擬硬件的訪問被VMM_kernel截獲，并且退出到VMM_user的虛擬化設備進行模擬；如圖2所示，通常在VMM的實現中不同vmexit的性能損失是不一樣的，在VMM_kernel可以處理的vmexit稱為light-weightvmexit（輕度vmexit），而需要返回到VMM_user進行處理的vmexit稱為expensive vmexit（重度vmexit）；通常Guest對虛擬化設備的訪問都會發生重度vmexit；重度vmexit由于需要從內核態返回用戶態，存在VMM_kernel需要切換更多的上下文以及進程狀態的問題，導致上下文切換的成本更高。

發明內容

針對上述問題，本發明的一個目的是提供一種用于提升虛擬化性能的系統，該系統提供了不同于利用傳統mmio、pio、vintr機制進行設備虛擬化的方式，提供了一種極大減少設備虛擬化相關的vmexit的方法，進一步提升了虛擬化效率，減少了虛擬化性能損失。

本發明的第二個目的是提供一種物理機。

本發明所采用的第一個技術方案是：一種用于提升虛擬化性能的系統，包括計算裝置，所述計算裝置用于通過計算機系統總線與虛擬機程序直接交互；所述直接交互包括通過內存地址空間訪問和/或發送消息的方式來進行交互；

其中，所述通過內存地址空間訪問進行交互具體為：