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內(nèi)容簡介

　　本書是一本論述系統(tǒng)虛擬化原理與實踐的專業(yè)圖書。全書分為6章，第1章概述系統(tǒng)虛擬化的基本概念、發(fā)展歷史、趨勢展望、主要功能和分類，以及目前典型的虛擬化系統(tǒng)，并介紹openEuler操作系統(tǒng)的虛擬化技術(shù)。第2~4章分別介紹系統(tǒng)虛擬化的三大組成部分： CPU虛擬化、內(nèi)存虛擬化和I/O虛擬化的相關(guān)原理，并配備相應(yīng)實驗便于讀者理解。第5章介紹基于ARMv8的鯤鵬虛擬化架構(gòu)，并概述其CPU、中斷、內(nèi)存、I/O和時鐘虛擬化的基本原理。第6章結(jié)合代碼講解輕量級虛擬化平臺StratoVirt的基本原理和技術(shù)特點，讀者可以跟隨本書從零開始打造一個具備基本功能的輕量級虛擬化平臺。為便于讀者高效學(xué)習(xí)、深入掌握系統(tǒng)虛擬化的基本原理，本書的源代碼及安裝運行說明均保存于GiantVM和 StratoVirt開源社區(qū)。后續(xù)將通過開源社區(qū)進行代碼更新和線上交流。本書可作為相關(guān)領(lǐng)域工程技術(shù)人員的參考書，也可作為高年級本科生和研究生的學(xué)習(xí)用書，還可作為對虛擬化技術(shù)感興趣的愛好者的自學(xué)用書。

作者簡介

　　戚正偉，博士，上海交通大學(xué)電信學(xué)院/軟件學(xué)院教授/博導(dǎo)，CCF杰出會員， CCF系統(tǒng)軟件和理論計算機專委會委員，微軟亞洲研究院訪問教師、美國CMU大學(xué)訪問學(xué)者（美方教授為Edmund Clarke，計算機圖靈獎得主）。2011年入選教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才計劃，獲得上海市技術(shù)發(fā)明一等獎、教育部科技進步一等獎、教育部技術(shù)發(fā)明一等獎、國家科技進步獎二等獎各一項，出版譯著《UNIX環(huán)境高級編程（第2版）》，為2008、2009年度暢銷榜TOP50（China-Pub）。出版專著《BlewBluePill：深入理解硬件虛擬機》（（獲得IBM出版計劃資助）和譯著《UNIX高級環(huán)境編程（第3版）》（京東計算機與互聯(lián)網(wǎng)圖書2014/2015年度銷售榜Top 100）。

圖書目錄

第1章系統(tǒng)虛擬化概述
1.1系統(tǒng)虛擬化基本概念
1.2系統(tǒng)虛擬化的發(fā)展歷史和趨勢展望
1.2.1發(fā)展歷史
1.2.2趨勢展望
1.3系統(tǒng)虛擬化的主要功能和分類
1.3.1虛擬化基本功能
1.3.2虛擬化分類
1.3.3系統(tǒng)虛擬化實現(xiàn)方式
1.4典型虛擬化系統(tǒng)
1.4.1典型虛擬化系統(tǒng)簡介
1.4.2openEuler的虛擬化技術(shù)
本章小結(jié)
第2章CPU虛擬化
2.1CPU虛擬化概述
2.1.1敏感非特權(quán)指令的處理
2.1.2虛擬機上下文切換
2.1.3中斷虛擬化
2.2Intel VTx硬件輔助虛擬化概述
2.2.1VMX操作模式
2.2.2VMCS
2.2.3PIC & APIC
2.2.4Intel VTx中斷虛擬化
2.3QEMU/KVM CPU虛擬化實現(xiàn)
2.3.1KVM模塊初始化
2.3.2虛擬機創(chuàng)建
2.3.3vCPU創(chuàng)建
2.3.4vCPU運行
2.3.5實驗：CPU虛擬化實例
2.4QEMU/KVM中斷虛擬化實現(xiàn)
2.4.1PIC & IOAPIC模擬
2.4.2PCI設(shè)備中斷
2.4.3QEMU/KVM中斷路由
2.4.4虛擬中斷注入
2.4.5實驗：e1000網(wǎng)卡中斷虛擬化
2.5GiantVM CPU虛擬化
2.5.1分布式vCPU
2.5.2跨節(jié)點中斷轉(zhuǎn)發(fā)
本章小結(jié)
第3章內(nèi)存虛擬化
3.1內(nèi)存虛擬化概述
3.2內(nèi)存虛擬化的實現(xiàn)
3.2.1虛擬內(nèi)存的實現(xiàn)：頁表
3.2.2內(nèi)存虛擬化的軟件實現(xiàn)：影子頁表
3.2.3內(nèi)存虛擬化的硬件支持：擴展頁表
3.2.4擴展頁表與影子頁表的結(jié)合：敏捷頁表
3.2.5內(nèi)存的半虛擬化：直接頁表映射與內(nèi)存氣球
3.3QEMU/KVM內(nèi)存虛擬化源碼
3.3.1QEMU內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
3.3.2實驗：打印MemoryRegion樹
3.3.3KVM內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
3.3.4實驗：將GVA翻譯為HPA
3.4GiantVM內(nèi)存虛擬化
3.4.1分布式共享內(nèi)存
3.4.2GiantVM中的DSM架構(gòu)
3.4.3GiantVM中DSM的實現(xiàn)
本章小結(jié)
第4章I/O虛擬化
4.1I/O虛擬化概述
4.1.1I/O過程
4.1.2I/O虛擬化的基本任務(wù)
4.1.3軟件實現(xiàn)的I/O虛擬化
4.1.4硬件輔助的I/O虛擬化
4.2I/O虛擬化的實現(xiàn)方式
4.2.1PCI設(shè)備簡介
4.2.2設(shè)備模擬
4.2.3I/O半虛擬化
4.2.4設(shè)備直通訪問
4.2.5VFIO
4.2.6SRIOV
4.3QEMU/KVM虛擬設(shè)備的實現(xiàn)
4.3.1QEMU對象模型
4.3.2主板芯片組與總線模擬
4.3.3QEMU/KVM設(shè)備訪問的模擬
4.3.4實驗：為edu設(shè)備添加設(shè)備驅(qū)動
4.4GiantVM中的I/O處理
4.4.1PIO 轉(zhuǎn)發(fā)
4.4.2MMIO 轉(zhuǎn)發(fā)
4.4.3DMA 的處理
本章小結(jié)
第5章鯤鵬虛擬化
5.1鯤鵬虛擬化框架
5.1.1鯤鵬虛擬化簡介
5.1.2EL2虛擬化框架
5.2鯤鵬CPU虛擬化
5.2.1CPU虛擬化
5.2.2EL2異常級
5.2.3VHE
5.3鯤鵬中斷虛擬化
5.3.1GICv1
5.3.2GICv2
5.3.3GICv3/GICv4
5.3.4GICv3/GICv4中斷虛擬化
5.4鯤鵬內(nèi)存虛擬化
5.4.1VMSAv864架構(gòu)概述
5.4.2地址空間與頁表
5.4.3內(nèi)存屬性、訪問權(quán)限與缺頁異常
5.4.4MPAM
5.5鯤鵬I/O虛擬化
5.5.1MMIO的模擬
5.5.2DMA重映射——SMMUv3
5.5.3SMMUv3中的緩存機制
5.6鯤鵬時鐘虛擬化
本章小結(jié)
第6章輕量級虛擬化平臺StratoVirt
6.1StratoVirt概述
6.2發(fā)展背景
6.3StratoVirt架構(gòu)設(shè)計
6.3.1CPU子系統(tǒng)
6.3.2內(nèi)存子系統(tǒng)
6.3.3I/O子系統(tǒng)
6.4從零開始構(gòu)建StratoVirt
6.4.1總體介紹
6.4.2KVM模型
6.4.3內(nèi)存模型
6.4.4CPU模型
6.4.5BootLoader實現(xiàn)
6.4.6串口實現(xiàn)
6.4.7Epoll實現(xiàn)
6.4.8鯤鵬平臺支持
本章小結(jié)
參考文獻
附錄A縮略語