virtualization

Posted 2020-10-24 _9_8

arm的virtualization中的一些实现

多数的系统都是基于一个privileged OS + 多个unprivilege App。

ARM的virtualization是指，一个system中运行多个OS，

　　体现在硬件上的区别是：多了virtual machines切换之间的硬件实现和加速。

　　体现在软件上的区别是：需要一个hypervisor software。

hypervisor的两种方式：

　　1) bare-metal hypervisor，每个Virtual Machine(VM)包含一个Guest Os，应用的较多的Open Source Hypervisors，是Xen

　　2) hosted-hypervisor，首先有一个host OS，然后生长出很多Guest Os，应用较多的Open Source Hypervisor，是KVM

　　

　　Type1与Type2相比，Type1有更好的性能，Type2有更好的兼容性，

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

为了实现virtualization，硬件需要加入的实现：

　　1) 一个特定的exception level (EL2)，来专门执行hypervisor code；

　　2) 支持所有的虚拟 exception和interrupt  路由；

　　3) two-stage MMU，stage2为hypervisor使用，来隔绝不同的guest os；

　　4) 一个特定的exception指令，Hypervisor Call (HVC)；

virtualization只是支持non_secure mode，不支持secure-world的virtualization，

armv8-a，即支持AArch32的EL2，也支持AArch64的EL2；当应用在AArch64中时，架构中会有几个特定的EL2寄存器；

　　Exception return state register，SPSR_EL2，ELR_EL2

　　Stack pointer，SP_EL2，

 

Hyperviosr相关的software：

　　1) Memory managerment，hypervisor需要实现对自己和guest os的地址映射，并且EL2拥有自己的vector table，

　　　　　　VBAR_EL2寄存器。

　　　　

　　2) Device emulation，由于硬件实现并不是与guest os个数相同的，所以，在应用资源中都需要做arbitration。

　　　　　　此时的arbitration，是由hypervisor来实现的。

　　3) Device assignment，device emulation是需要的，但是代价很昂贵，可以通过Device assignment，直接将

　　　　　　device的virtual machine通道赋值给相应的guest os，这样guest可以自己控制自己的device，而不需要

　　　　　　通过hypervisor arbitration。

　　4) context switch，当hypervisor调度另一个guest os在当前os时，需要进行context switch，保存当前guest os的

　　　　　　数据到memory，同时加载另一个guest的context进来。当时相应device的virtual machine需要停下来，

　　　　　　不在占用系统的资源。

　　　　包括：general-register，virtual interrupt，