计算机系统虚拟化

第1章 概述

1.1 虚拟化简介

1.2 虚拟化技术的发展与分类

1.2.1 发展历程

1.2.2 虚拟化技术的分类

1.3 虚拟化的相关研究内容

1.3.1 多计算系统的虚拟化

1.3.2 虚拟用户使用环境

1.3.3 虚拟计算系统的安全可信机制

1.3.4 虚拟计算系统的性能评测

1.4 虚拟化的应用

1.4.1 虚拟化在高效能计算机中的应用

1.4.2 虚拟化仿真技术的应用

1.5 各章内容简介

第2章 指令级虚拟化

2.1 二进制翻译技术概览

2.1.1 解释执行

2.1.2 静态二进制翻译

2.1.3 动态二进制翻译

2.1.4 二进制翻译系统框架

2.1.5 动态优化

2.2 二进制翻译的技术难点

2.2.1 指令集的相关问题

2.2.2 代码挖掘问题

2.2.3 运行环境仿真

2.2.4 二进制翻译系统的效率

2.3 典型的二进制翻译系统

2.3.1 DAISY／BOA系统

2.3.2 Crusoe处理器

2.3.3 Arles和IA一32 EL

2.3.4 Dynamo动态优化系统

2.3.5 JIT编译技术

2.4 二进制翻译处理器

2.5 本章小结

第3章 计算系统虚拟化方法

3.1 系统级虚拟化概述

3.2 CPU虚拟化

3.2.1 经典虚拟化的逻辑模型

3.2.2 x86的CPU虚拟化方法

3.2.3 虚拟CPU的调度

3.2.4 小结

3.3 内存虚拟化

3.3.1 内存虚拟化的基本原理

3.3.2 内存虚拟化的优化机制

3.3.3 小结

3.4 I／O虚拟化

3.4.1 当前I／O设备虚拟化的几种方法

3.4.2 虚拟机的直接I／O访问

3.4.3 小结

3.5 操作系统适配

3.5.1 迁入虚拟化环境

3.5.2 支持虚拟机管理

3.5.3 为特殊项目定制

3.5.4 虚拟装置

3.5.5 小结

3.6 系统级多机虚拟化

3.6.1 传统的单一映像管理系统MOSIX

3.6.2 系统级多机虚拟化概述

3.6.3 系统级多机虚拟化的主要方法

3.6.4 现有系统级多机虚拟化系统

3.6.5 小结

3.7 其他虚拟化方法：进程级虚拟化及语言级虚拟化

3.7.1 进程级虚拟化

3.7.2 语言级虚拟化

3.7.3 网格和虚拟化

3.8 本章小结

第4章 多虚拟机监控与管理

4.1 多虚拟机之间的迁移

4.1.1 虚拟机迁移步骤

4.1.2 虚拟机迁移机制

4.1.3 虚拟机迁移的特点

4.1.4 虚拟机迁移过程中的资源迁移

4.2 多虚拟机资源管理实例

4.2.1 多虚拟机服务器管理软件——Virtual Infrasltructure

4.2.2 多虚拟机服务器管理软件——Parallax

4.2.3 多虚拟机桌面管理系统——Collective

4.2.4 用户计算环境的移动化——Internet：Suspend／Resume系统

4.2.5 部署和评测网络服务的全球平台——PlanetLab

4.3 本章小结

第5章 虚拟用户使用环境

5.1 虚拟化：从服务器到桌面

5.2 用户使用环境虚拟化

5.2.1 应用程序的远程虚拟显示

5.2.2 用户远程虚拟执行环境

5.2.3 用户本地环境快速构建

5.2.4 用户环境的迁移

5.2.5 用户环境的回滚和重放

5.3 应用程序的虚拟化

5.3.1 Thinstall系统

5.3.2 Appstream系统

5.4 虚拟机网络

5.4.1 虚拟机支持的虚拟网络

5.4.2 虚拟化网络执行环境

5.5 虚拟化编程环境

5.5.1 LLVM轻量级虚拟机

5.5.2 Joeq系统

5.6 本章小结

第6章 安全可信的虚拟计算系统

6.1 虚拟化系统的安全挑战

6.2 虚拟化系统基本安全机制

6.2.1 虚拟机基本安全机制

6.2.2 KVM基本安全机制

6.2.3 实例系统安全机制分析

6.3 基于虚拟机的入侵检测

6.3.1 入侵检测简介

6.3.2 基于虚拟机的入侵检测的基本原理

6.3.3 基于虚拟机的入侵检测原型系统

6.3.4 基于虚拟机的蜜罐系统

6.3.5 基于虚拟机的蜜网系统

6.4 恶意代码检测与隔离

6.4.1 恶意代码的安全威胁

6.4.2 虚拟化恶意软件

6.4.3 基于虚拟机的恶意代码检测与隔离

6.5 虚拟可信机制

6.5.1 可信计算简介

6.5.2 虚拟可信平台

6.6 本章小结

第7章 虚拟计算系统的性能评测

7.1 虚拟计算系统的性能测量

7.1.1 性能测量指标

7.1.2 性能测量方法

7.1.3 现有测试规范

7.2 虚拟计算系统的性能分析

7.2.1 排队网络模型

7.2.2 半／马尔可夫链模型

7.2.3 Petri网模型

7.2.4 随机进程代数模型

7.2.5 分析方法和虚拟计算系统

7.3 虚拟计算系统的性能模拟

7.3.1 轨迹驱动模拟

7.3.2 执行驱动模拟

7.3.3 离散事件模拟

7.3.4 全系统模拟

7.3.5 统计模拟

7.4 虚拟计算系统的可用性

7.4.1 虚拟计算系统可用性的衡量标准

7.4.2 虚拟计算系统可用性的评测方法

7.5 本章小结

第8章 虚拟化在高效能计算机中的应用

8.1 高效能计算发展中面临的问题

8.2 基于虚拟化技术的高效能计算

8.2.1 适合高效能计算的虚拟机管理器

8.2.2 虚拟化环境系统管理

8.2.3 资源管理

8.2.4 I／O和存储

8.2.5 高可用和容错

8.3 关键技术问题

8.3.1 性能问题

8.3.2 多核处理器

8.3.3 并行系统管理

8.4 应用举例

8.4.1 整合异构资源一Cray的白适应超级计算

8.4.2 资源管理——虚拟化InfiniBand集群系统

8.4.3 系统容错——主动容错系统

8.4.4 虚拟化系统环境——VsE

8.4.5 并行编程环境——Charm++和AMPI

8.4.6 虚拟化系统管理工具

8.4.7 半虚拟化技术应用于高效能计算的性能测试

8.5 应用前景分析

8.6 本章小结

第9章 虚拟化在仿真系统中的应用

9.1 虚拟化技术在仿真中的需求

9.1.1 建模仿真技术体系及发展趋势

9.1.2 虚拟化在仿真中的应用需求

9.2 虚拟化技术在仿真中的应用现状

9.2.1 高能物理仿真：基于VMware ESX的粒子探测器仿真系统

9.2.2 网络安全仿真：用于Botnet研究的综合试验台环境仿真系统

9.2.3 复杂产品仿真：基于JVM的起落架协同仿真系统

9.3 虚拟化与仿真进一步融合所面临的挑战

9.3.1 虚拟化仿真系统体系结构

9.3.2 虚拟化仿真资源描述方法

9.3.3 仿真执行环境自动化部署技术

9.3.4 虚拟化仿真调度算法

9.3.5 基于虚拟机的仿真容错迁移技术

9.4 虚拟化仿真系统及其展望

9.4.1 虚拟化仿真系统及其特点

9.4.2 进一步研究与应用展望

第10章 虚拟化技术的现状和未来

10.1 虚拟化技术的主要研究组织

10.1.1 世界计算机领域最有影响力的组织

10.1.2 研究虚拟化技术的著名高校

10.1.3 研究虚拟化技术的著名公司

10.1.4 研究虚拟化技术的相关网站

10.2 虚拟化的重要国际会议和刊物

10.2.1 有关虚拟化的重要国际会议

10.2.2 虚拟化重要国际刊物

10.3 虚拟化的未来

10.3.1 虚拟化未来的商业应用趋势

10.3.2 虚拟化未来的学术研究趋势

10.4 本章小结

附录A 相关术语及解释

参考文献

虚拟化技术是计算机体系结构领域的重要技术，它在工业界和学术界得到了广泛的重视。本书立足于虚拟化技术研究的前沿，从原理与应用两个角度详细论述了虚拟化技术本身以及与之相关的主要问题，分别介绍了虚拟化技术的基本概念与发展历程、指令级虚拟化、单计算系统虚拟化、多计算系统虚拟化、桌面虚拟化虚拟机安全与可信、虚拟机评测和标准、应用高效能计算机的虚拟化技术以及仿真应用中的虚拟化技术，最后总结了虚拟化技术的现状并对未来进行了展望。本书是有关虚拟化的学术专著，包含了开展虚拟化研究以来在学术界、工业界有价值、有影响力的成果，在内容编写上力求新颖、具体、实用。本书既可作为高等学校高年级本科生及研究生的教材，也可作为学术界、企业界虚拟化技术研究者的重要参考书。