[发明专利]一种并行多处理器虚拟机系统

说明书

技术领域

本发明涉及计算机系统结构，具体涉及一种并行多处理器虚拟机系统，使虚拟的多个处理器能够并行运行于现代多处理器服务器平台上。

背景技术

操作系统在当今的个人电脑和服务器中起到了一个十分特殊的作用，它像一座桥梁，衔接了用户应用程序和硬件平台之间的鸿沟。在过去的很长一段时间内，在一台计算机上，只有一个操作系统能够在一段给定的时间内运行。因此，为了能够使多个操作系统，或不同操作系统的应用程序同时运行于同一台计算机上，科学家们发明出了许多的方法与技术。

虚拟机作为一种功能强大而且方便的技术得到了广泛的应用。

系统级虚拟机以较高的精度来模拟一个计算机系统的所有组成部分。这样操作系统和其上的应用程序可以正确的在这个虚拟机上运行。系统级虚拟机是作为一个应用程序运行在操作系统上。系统级虚拟机可以利用操作系统提供的服务，同时又受到操作系统的限制，例如：如果操作系统对内存的访问提供保护，不允许应用程序直接访问内存物理地址，那么虚拟机运行的时候，在内存管理上就会有极大的开销。这一类虚拟机具有代表性的有：Bochs，QEMU等。系统级虚拟机一般应用于系统结构的科研领域，用来帮助研究人员衡量多处理器或存储系统的性能，或者用于操作系统的开发领域。

随着硬件日新月异的发展，特别是SMP(对称多处理器)服务器的广泛应用以及多核技术的进步，目前的一些虚拟机技术要么不能够充分利用多处理器资源，要么虚拟出的CPU个数受到实际物理处理器个数的限制。以上所提到的各种虚拟机也都存在着这样或那样的不足。传统虚拟机(如：Bochs IA-32 Emulator：http：//bochs.sourceforge.net/)在构造具有多处理资源的用户执行环境时，为了实现执行单元的同步，实际上是把多个处理单元的执行内容放在一个循环中，进行串行执行，其效率是非常低的。为了在多处理器环境下，构造通用而虚拟的执行环境，就必须首先实现执行环境本身的并行化，同时，由于多核硬件所拥有的核的数量不断的提高，该执行环境本身必须具有可扩展性，即系统能够不加修改地运行在具有任意多个核的处理器机器上，并能够充分利用底层主机的处理性能。而本发明并行多处理器虚拟机系统就有效的解决了这个问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种并行多处理器虚拟机系统，该系统能够模拟一个完整的计算机系统，能够模拟多个CPU，并且使虚拟CPU在同一时间内并行执行。

本发明提供的并行多处理器虚拟机系统，其特征在于：该系统包括虚拟机和虚拟机内操作系统；

虚拟机内操作系统采用支持对称多处理器的操作系统，在虚拟机上运行；

虚拟机为用户提供虚拟平台，它包括处理器并行模拟模块、内存管理模块、中断控制模拟模块和外设模拟模块；

处理器并行模拟模块用于接收虚拟机内操作系统提交的指令，翻译后予以执行；如果指令涉及内存读写，读写操作信号将传递给内存管理模块；如果处理器并行模拟模块要处理中断，则将中断信号发送给中断控制模块；

内存管理模块负责所有内存的读写操作管理，内存管理模块将接收的外设端口地址传送给外设模拟模块，并将内存读写操作的结果反馈给处理器并行模拟模块；

外设模拟模块负责模拟所有的外设动作和响应端口访问消息，如果要引发中断，则将中断信号发送给中断控制模拟模块处理；

中断控制模块负责虚拟机中的中断信号的控制和管理；它一方面接收从外设模拟模块传来的外部中断信号，另一方面和处理器并行模拟模块协同执行中断操作。

本发明可以既完整的提供一个计算机系统视图，又可以充分利用实际硬件的各种处理资源。与已有的技术相比，本发明具有以下特点：

a.能够模拟一个完整的计算机系统。有很多传统的虚拟机由于性能上的考虑或者实现方法的限制，不能够提供一个完整的计算机系统视图。它们往往只是提供一个软件的执行环境。正因为如此，只有一些专门为这些传统的虚拟机编写的软件才能在这些虚拟机制上运行。这样的限制使得很多其它广泛使用的软件必须经过改写才可以应用于虚拟机上，如此势必会无形中增加许多工作量。本发明由于提供对于完整的计算机系统的模拟，使得当今的各种主流操作系统都可以不作任何修改直接运行。这样，所有的应用软件都可以依赖于操作系统而无需做任何修改而直接使用。