x86體系結(jié)構(gòu)的虛擬機(jī)研究.pdf

1、虛擬機(jī)作為一種軟件工具已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，如處理器仿真、反病毒、系統(tǒng)調(diào)試器和網(wǎng)絡(luò)虛擬主機(jī)。因此，虛擬機(jī)技術(shù)一直是當(dāng)今計(jì)算機(jī)學(xué)科研究的熱點(diǎn)之一。X86作為目前應(yīng)用最廣的體系結(jié)構(gòu)，在PC、工業(yè)控制等領(lǐng)域仍占據(jù)著不可動(dòng)搖的地位。一方面，商業(yè)化x86虛擬機(jī)產(chǎn)品已經(jīng)得到業(yè)界認(rèn)可，另一方面，一些非營(yíng)利組織和團(tuán)體也在積極研究x86虛擬機(jī)并取得了不少的成果。 本文結(jié)合開源項(xiàng)目Bochs，具體分析了虛擬機(jī)的原理和實(shí)現(xiàn)中一些關(guān)鍵技術(shù)問題。

2、Bochs作為指令級(jí)的x86模擬器，其工作除了對(duì)x86處理器的基本指令集和部分?jǐn)U展指令集的取指-譯碼-執(zhí)行過程進(jìn)行軟件仿真外，還模擬了包括存儲(chǔ)器和常用的外設(shè)在內(nèi)的一套完整的PC系統(tǒng)。 論文首先對(duì)虛擬機(jī)的相關(guān)概念和研究現(xiàn)狀作了綜述，接下來引入開源項(xiàng)目Bochs。先結(jié)合虛擬機(jī)軟件設(shè)計(jì)的思想對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行了宏觀介紹。然后從源碼出發(fā)，對(duì)虛擬機(jī)CPU和PC系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)作了細(xì)致的剖析。包括CPU部分的寄存器、MMU單元以及取指和譯碼過程實(shí)現(xiàn)和

3、PC部分對(duì)存儲(chǔ)器與I/O訪問管理等。 在完成了對(duì)各部件工作原理解析后，論文對(duì)虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)過程中的相關(guān)問題作了深入探討，如定時(shí)器問題、Cache和TLB的模擬等。此外，通過在Bochs源碼中加入統(tǒng)計(jì)代碼，進(jìn)行一組實(shí)驗(yàn)，包括指令統(tǒng)計(jì)和高速緩存命中率實(shí)驗(yàn)，文中給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果并作了簡(jiǎn)要論述。 本文的另外一個(gè)工作是實(shí)現(xiàn)了一個(gè)可視化x86指令級(jí)調(diào)試器程序――IA-32 Debugger。IA-32 Debugger的編寫建立在Boch