計(jì)算系統(tǒng)虛擬化

前言

在計(jì)算機(jī)世界里，“虛擬化”無處不在。從最早的內(nèi)存虛擬化到存儲(chǔ)虛擬化，以及近年來大行其道的資源虛擬化和網(wǎng)格計(jì)算，虛擬化技術(shù)已經(jīng)涉及IT領(lǐng)域中的各個(gè)層面。究其實(shí)質(zhì)，虛擬化是為實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源優(yōu)化和體系結(jié)構(gòu)透明化、人與計(jì)算機(jī)和諧共處而提供的優(yōu)化處理環(huán)境。正如中國(guó)工程院汪成為院士所說，虛擬化成為對(duì)計(jì)算機(jī)挖潛和優(yōu)化的首選途徑。目前，虛擬化技術(shù)的研究主要側(cè)重在系統(tǒng)級(jí)和網(wǎng)絡(luò)級(jí)兩個(gè)層面。

內(nèi)容概要

虛擬化技術(shù)是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的重要技術(shù)，它在工業(yè)界和學(xué)術(shù)界得到了廣泛的重視。本書立足于虛擬化技術(shù)研究的前沿，從原理與應(yīng)用兩個(gè)角度詳細(xì)論述了虛擬化技術(shù)本身以及與之相關(guān)的主要問題，分別介紹了虛擬化技術(shù)的基本概念與發(fā)展歷程、指令級(jí)虛擬化、單計(jì)算系統(tǒng)虛擬化、多計(jì)算系統(tǒng)虛擬化、桌面虛擬化虛擬機(jī)安全與可信、虛擬機(jī)評(píng)測(cè)和標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用高效能計(jì)算機(jī)的虛擬化技術(shù)以及仿真應(yīng)用中的虛擬化技術(shù)，最后總結(jié)了虛擬化技術(shù)的現(xiàn)狀并對(duì)未來進(jìn)行了展望。本書是有關(guān)虛擬化的學(xué)術(shù)專著，包含了開展虛擬化研究以來在學(xué)術(shù)界、工業(yè)界有價(jià)值、有影響力的成果，在內(nèi)容編寫上力求新穎、具體、實(shí)用。    本書既可作為高等學(xué)校高年級(jí)本科生及研究生的教材，也可作為學(xué)術(shù)界、企業(yè)界虛擬化技術(shù)研究者的重要參考書。

作者簡(jiǎn)介

金海，博士，華中科技大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院院長(zhǎng)、“集群與網(wǎng)格計(jì)算湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”和“服務(wù)計(jì)算技術(shù)與系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”主任，清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)兼職教授，中國(guó)科學(xué)院計(jì)算所客座研究員、博士生導(dǎo)師。武漢市政協(xié)委員。國(guó)務(wù)院特殊津貼專家。

書籍目錄

第1章　概述  1.1　虛擬化簡(jiǎn)介  1.2　虛擬化技術(shù)的發(fā)展與分類    1.2.1　發(fā)展歷程    1.2.2　虛擬化技術(shù)的分類　1.3　虛擬化的相關(guān)研究?jī)?nèi)容    1.3.1　多計(jì)算系統(tǒng)的虛擬化    1.3.2　虛擬用戶使用環(huán)境    1.3.3  虛擬計(jì)算系統(tǒng)的安全可信機(jī)制    1.3.4　虛擬計(jì)算系統(tǒng)的性能評(píng)測(cè)　1.4　虛擬化的應(yīng)用    1.4.1  虛擬化在高效能計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用    1.4.2　虛擬化仿真技術(shù)的應(yīng)用　1.5　各章內(nèi)容簡(jiǎn)介第2章　指令級(jí)虛擬化　2.1　二進(jìn)制翻譯技術(shù)概覽    2.1.1　解釋執(zhí)行    2.1.2　靜態(tài)二進(jìn)制翻譯    2.1.3　動(dòng)態(tài)二進(jìn)制翻譯    2.1.4　二進(jìn)制翻譯系統(tǒng)框架    2.1.5　動(dòng)態(tài)優(yōu)化  2.2　二進(jìn)制翻譯的技術(shù)難點(diǎn)    2.2.1　指令集的相關(guān)問題    2.2.2　代碼挖掘問題    2.2.3　運(yùn)行環(huán)境仿真    2.2.4　二進(jìn)制翻譯系統(tǒng)的效率　2.3　典型的二進(jìn)制翻譯系統(tǒng)    2.3.1  DAISY／BOA系統(tǒng)    2.3.2　Crusoe處理器    2.3.3  Aries和IA-32 EL    2.3.4　Dynamo動(dòng)態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)    2.3.5　JIT編譯技術(shù)  2.4　二進(jìn)制翻譯處理器  2.5　本章小結(jié)第3章　計(jì)算系統(tǒng)虛擬化方法  3.1　系統(tǒng)級(jí)虛擬化概述  3.2　CPU虛擬化    3.2.1　經(jīng)典虛擬化的邏輯模型    3.2.2　x86的CPU虛擬化方法    3.2.3　虛擬CPU的調(diào)度      3.2.4　小結(jié)  3.3　內(nèi)存虛擬化    3.3.1  內(nèi)存虛擬化的基本原理    3.3.2　內(nèi)存虛擬化的優(yōu)化機(jī)制    3.3.3　小結(jié)　3.4　I／O虛擬化    3.4.1  當(dāng)前I／O設(shè)備虛擬化的幾種方法    3.4.2　虛擬機(jī)的直接I／O訪問    3.4.3　小結(jié)　3.5　操作系統(tǒng)適配    3.5.1　遷入虛擬化環(huán)境    3.5.2　支持虛擬機(jī)管理    3.5.3　為特殊項(xiàng)目定制    3.5.4　虛擬裝置    3.5.5　小結(jié)　3.6　系統(tǒng)級(jí)多機(jī)虛擬化    3.6.1　傳統(tǒng)的單一映像管理系統(tǒng)MOSIx    3.6.2　系統(tǒng)級(jí)多機(jī)虛擬化概述    3.6.3　系統(tǒng)級(jí)多機(jī)虛擬化的主要方法    3.6.4　現(xiàn)有系統(tǒng)級(jí)多機(jī)虛擬化系統(tǒng)    3.6.5　小結(jié)　3.7  其他虛擬化方法：進(jìn)程級(jí)虛擬化及語言級(jí)虛擬化    3.7.1　進(jìn)程級(jí)虛擬化    3.7.2　語言級(jí)虛擬化    3.7.3　網(wǎng)格和虛擬化　3.8　本章小結(jié)　　……第4章　多虛擬機(jī)監(jiān)控與管理第5章　虛擬用戶使用環(huán)境第6章　安全可信的虛擬計(jì)算系統(tǒng)第7章　虛擬計(jì)算系統(tǒng)的性能評(píng)測(cè)第8章　虛擬化在高效能計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用第9章　虛擬化在仿真系統(tǒng)中的應(yīng)用第10章　虛擬技術(shù)的現(xiàn)狀和未來附錄A　相關(guān)術(shù)語及解釋參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 概述1.1　虛擬化簡(jiǎn)介虛擬化是繼互聯(lián)網(wǎng)之后，又一個(gè)對(duì)整個(gè)信息產(chǎn)業(yè)有突破性的信息技術(shù)。從歷史上看，虛擬化并不是一項(xiàng)全新的技術(shù)。早在20世紀(jì)60年代，美國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)術(shù)界就開始了虛擬技術(shù)的萌芽，首次提出了虛擬化的概念，但那時(shí)的虛擬技術(shù)只是應(yīng)用在大型主機(jī)上。時(shí)至今日，伴隨著IT硬件的豐富化、多樣化以及一些軟件公司如VMware、Xen、微軟等推出不同的虛擬化軟件之后，虛擬化進(jìn)駐的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)逐漸拓展，虛擬化技術(shù)的應(yīng)用范圍已經(jīng)得到了大幅度增加。目前出現(xiàn)的許多不同種類的虛擬化解決方案，致力于從不同的角度解決不同的系統(tǒng)性能問題，使得虛擬化技術(shù)的內(nèi)容越來越豐富。虛擬化生態(tài)鏈系統(tǒng)趨于標(biāo)準(zhǔn)化也體現(xiàn)了虛擬化技術(shù)的良好前景。正如“虛擬”是“真實(shí)”的反義詞一樣，在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，“虛擬計(jì)算”也是“真實(shí)計(jì)算”的反面。在解釋“虛擬計(jì)算”的含義前，先回顧一下傳統(tǒng)的真實(shí)計(jì)算。舉個(gè)例子，人們希望用計(jì)算機(jī)運(yùn)行某個(gè)程序或軟件，需要先購置一臺(tái)滿足該程序或軟件運(yùn)行需求的計(jì)算機(jī)硬件（這時(shí)需要慎重選擇CPU主頻、內(nèi)存容量、硬盤容量等技術(shù)參數(shù)），然后在該硬件上安裝操作系統(tǒng)，配置運(yùn)行環(huán)境，最后才能夠運(yùn)行用戶希望的程序或軟件。而程序或軟件的運(yùn)行，幾乎是獨(dú)占購置的全部計(jì)算資源。在這種情形下，人們的計(jì)算建立在真實(shí)計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)之上。虛擬計(jì)算技術(shù)則強(qiáng)調(diào)為需要運(yùn)行的程序或軟件營(yíng)造它所需要的執(zhí)行環(huán)境。在采用了虛擬計(jì)算技術(shù)后，程序或軟件的運(yùn)行不一定獨(dú)享底層的物理計(jì)算資源，對(duì)它來說，它只是運(yùn)行在一個(gè)與上面論述的“真實(shí)計(jì)算”完全相同的執(zhí)行環(huán)境（具有相同的CPU主頻、內(nèi)存和硬盤）中，而其底層的硬件可能與之前所購置的計(jì)算機(jī)完全不同。虛擬化的概念在現(xiàn)代操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中已有所體現(xiàn)。例如，32位操作系統(tǒng)的虛擬內(nèi)存技術(shù)，采用內(nèi)存頁面與外存（主要是硬盤）間換入換出的辦法，為系統(tǒng)的每個(gè)執(zhí)行實(shí)體（進(jìn)程）虛擬出4GB內(nèi)存空間（盡管計(jì)算機(jī)實(shí)際物理內(nèi)存遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于4GB）。

編輯推薦

虛擬化技術(shù)是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的重要技術(shù)，它在工業(yè)界和學(xué)術(shù)界得到了廣泛的重視?！队?jì)算系統(tǒng)虛擬化:原理與應(yīng)用》既可作為高等學(xué)校高年級(jí)本科生及研究生的教材，也可作為學(xué)術(shù)界、企業(yè)界虛擬化技術(shù)研究者的重要參考書。

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