基于微內核架構的嵌入式系統虛擬化技術介紹

虛擬化技術在嵌入式系統中的應用

　　基于微內核的虛擬機環境具有高可靠性，高靈活性以及實時性支持等特點，而隨著虛擬化技術的不斷發展，以及新體系架構的引入，嵌入式系統虛擬化的性能障礙也正被逐漸克服，使之可以在嵌入式系統中有著以下廣泛的應用前景：

　　·隨著智能手機，移動互聯網終端(MID)等一系列概念的推出與發展，嵌入式系統正逐漸超越個人計算機成為主流的個人信息交互終端，隨之而來的則是對嵌入式系統的信息安全性能所提出的挑戰。通過虛擬化，我們可以支持多個相互隔離的操作系統在嵌入式平臺上的同時運行，把如電子商務等安全性要求較高的應用封裝在一個高度隔離的客戶操作系統當中，并開放另一個操作系統做為普通應用程序的運行環境，實現高度安全可靠的運行模式。

　　·通過使用基于微內核架構的虛擬機，我們可以把嵌入式系統的硬件資源轉化為各個不同的實時系統服務向上以虛擬設備的方式提供給虛擬機上運行的客戶操作系統。借由這種方式，可以同時支持豐富的非實時和實時應用程序的同時運行并為非實時的應用程序與實時的系統功能之間提供一個良好而透明的交互接口。

　　圖3 基于虛擬化的信息安全模型

　　·通過使用虛擬機，我們可以在嵌入式平臺上得到一個兼容性較高的軟件運行環境，最大程度地使嵌入式系統在硬件上的特異性通過軟件虛擬的方式變得透明化，進一步使不同的嵌入式系統平臺之間以及嵌入式平臺和個人計算機之間能夠實現軟件運行的兼容。并且通過虛擬化，我們還能實現諸如不同平臺之間的程序遷移，分布式運行，故障恢復等復雜的功能。

　　·通過引入網絡互聯和遠程訪問機制，把各種遠程的計算資源和設備資源借助虛擬化、本地化，實現操作系統對于遠程資源的透明訪問，大幅擴展嵌入式系統的系統功能，使未來的嵌入式系統做為信息終端更加適應云到端——數據中心到信息終端的發展模式。

　　結語

　　本文總結了虛擬化技術近期的發展和所取得的成果，分析了當前主流的虛擬機架構。筆者認為基于主機系統和虛擬機監視器的全虛擬化架構過于依賴宿主系統的系統服務，導致基礎代碼的大量增加，大大降低了系統的可靠性，并且很大程度上受限于主機系統的系統架構。另一方面，基于虛擬管理層的半虛擬化架構則缺乏穩健的系統構成，僅對虛擬機提供了大粒度的抽象，無法構建短小而精悍的系統。在此基礎上，我們提出一種新的虛擬機環境，將兩者的優點有機的結合起來，整個虛擬機環境將被分成兩部分：為環境提供可靠性，安全性以及隔離度的虛擬機抽象;和提供資源管理和功能實現的用戶態虛擬機管理程序。而這樣的架構不僅具有高可靠性和靈活性，而且由于其占用資源少并能提供實時性支持等特點在嵌入式系統領域擁有廣泛的應用前景。