基于虚拟仪器技术的虚拟监视器设计

介绍了虚拟仪器技术在视频显示中的应用。在简要介绍虚拟仪器的基础上,重点论述了虚拟监视器的结构设计、视频处理电路、基于cRTV-24视频采集模块的软件编程以及软面板设计,实现了多路视频信号实时显示。结果表明,虚拟监视器提高了测试的自动化程度,减小了测试设备的体积和重量,满足了快速化和便携化测试的需求。

虚拟机监视器结构与实现技术

首先介绍了虚拟机技术的发展历史以及虚拟机监视器所具有的优点和特性,总结了其体系结构和分类,并分析了虚拟机监视器内部逻辑模块;从CPU虚拟化、内存虚拟化、I/O虚拟化和硬件支持四个方面讨论了虚拟机监视器的实现技术;最后基于当前学术界和业界对虚拟机技术的研究情况,阐述了未来虚拟机技术面对的机遇与挑战。

嵌入虚拟机监视器的高性能虚拟网络

由虚拟机和虚拟覆盖网相结合而构成的虚拟计算环境,在云计算和绿色计算中发挥非常重要的作用,然而,现有的虚拟计算环境在性能上难以满足高性能分布式计算的要求。设计和实现了一种高性能虚拟网络:VNET/P。基于网络第2层建立虚拟机互连模型,对一组虚拟机进行抽象,使其位于同一局域网中。与早期的用户层虚拟网络系统不同,VNET/P嵌入于可扩展、高性能的Palacios虚拟机监视器中。试验结果表明,VNET/P具有高带宽的特点,其性能接近于实际硬件的性能。

安全虚拟机监视器的形式化验证研究

虚拟化技术为安全关键系统提供了分区隔离等重要特性,虚拟机监视器(Virtual Machine Monitor,VMM)作为其核心组件,对客户系统的安全运行及虚拟机间威胁和故障的屏蔽起着决定性作用。文中从最小特权原则出发,将VMM的设计按是否与安全直接相关划分为内核扩展与用户进程,并采用分层精化的方法对内核扩展中的各关键模块展开了形式化建模与验证,继而以此为基础,证明了虚拟机实现的功能正确性。实验评估表明,原型系统的综合性能负载与主流虚拟化方案接近,安全划分的设计方法与形式化验证在提升VMM安全性的同时,并未对其产生明显负载,可较好地满足应用领域的需求。

面向分布式虚拟机监视器的节点特征描述机制

DVMM基于硬件虚拟化技术,在机群硬件之上构建一层系统软件以感知机群的物理资源,并虚拟化全局物理资源,整合构建全局虚拟资源信息呈现给操作系统OS(Operating System)使用。DVMM为多台物理机虚拟为一台虚拟机描述了一个框架,但是此框架存在一个性能上的缺陷:OS对底层硬件拓扑并不真正了解的情况下,可能将不适合在某节点上运行的任务调度到该节点,引发大量的节点间通信,从而导致该任务运行效率显著降低。提出分布式虚拟机监视器DVMM(Distributed Virtual Machine Monitor)中的节点特征描述机制NCM(Node Characterization Mechanism)。NCM解决了上述问题,其主要思想是将各个节点的特征描述并保存,为资源管理提供更全面的系统资源描述,呈现系统拓扑结构及节点底层硬件差异供DVMM使用。以上述机制为基础(并在OS的配合下),能够实现任务的高效调度,提高整系统的运行效率,使得DVMM更加完善。

虚拟机监视器的安全性分析

分析虚拟机监视器的安全性能,结合开源虚拟化软件Xen分析其潜在威胁和漏洞,如超级调用、I/O直接内存传输等。设计并实现一种通过修改Xen VCPU状态信息来破坏虚拟机稳定性的方法,同时给出具体的防范措施,如可以对关键数据结构计算其校验值,及时发现是否被入侵,也可以直接禁止模块的加载,避免一切可能由模块带来的安全性问题。

虚拟机监视器系统策略完整性安全机制

针对虚拟机监视器无法保障系统内动态策略文件的完整性,以及无法保障其所存储策略文件的完整性,实现了一种虚拟化系统策略文件的完整性安全机制。采用改进的策略文件存储方案,实现策略文件的安全存储,通过对动态策略文件进行完整性定时校验,实现动态策略文件的完整性安全保障。实验结果表明,该机制适度增加了虚拟化系统的运行负荷,但有效保障了系统动态和存储策略文件的完整性,提高了系统的安全性。

基于虚拟化平台的隐藏进程检测技术

传统的安全服务模式,一般将自己的安全服务实体置于用户的操作内部,这样会产生巨大的资源开销和浪费。针对上述问题,设计了一种基于虚拟化技术的无代理隐藏进程检测技术。在分析Windows操作系统内部进程和线程调度机制的基础上,利用VMM(虚拟机监视器)中的VM(虚拟机透视图)技术获取和分析进程,识别隐藏进程。该技术将服务器实体设置在受保护操作系统之外,在受保护操作系统内部没有插件和代理进程,克服了传统安全服务的缺点。实验证明,所提出的方法可以有效检测出几乎所有类型的Rootkit隐藏的进程,既节省了计算资源,又提高了安全性。

IVirt:基于虚拟机自省的运行环境完整性度量机制

完整性度量是检测程序篡改的重要方法,但是在虚拟化环境下传统的检测方法已体现出不足.例如,度量软件与被度量对象处于相同操作系统中易受攻击.该文从安全性和性能两方面出发,提出了一种基于虚拟机自省的完整性度量机制IVirt(Integrity for Virtualization).该机制从虚拟机外部通过地址转换和内容定位得到所需的虚拟机内存数据,从而对虚拟机内部的程序进行完整性度量,以检验程序是否遭到篡改.该文以典型的虚拟机监视器Xen为例实现了IVirt原型系统.相比于同类工作,IVirt一方面将度量软件与被度量对象分离,防止度量软件遭到攻击;另一方面采用地址转换来度量运行时状态,这区别于采用事件拦截机制的度量方法,以降低性能开销.实验结果表明,该方法能够检测出虚拟机运行时的软件篡改,而且在性能上不会引入过高的代价.

实现SMP机群虚拟化的方法

机群是一类重要的并行计算机体系结构,成本低廉,可扩展性强,但编程复杂,管理难度大.利用虚拟化技术可以将机群抽象成具有共享内存特征的虚拟机,支持共享内存的编程模式,从而克服机群的不足.当前,在该领域有少量探索性的研究成果,但都不能支持对称多处理机(SMP,Symmetric Multiprocessor)机群虚拟化.本文提出一种新颖的虚拟化SMP机群的方法,即利用硬件虚拟化技术,在操作系统(OS,Operating System)之下构建分布式虚拟机监视器(DVMM,Distributed Virtual Machine Monitor),通过DVMM对机群的资源进行感知、整合、虚拟化和呈现,使SMP机群对OS呈现为一台具有共享内存特征的虚拟机;通过DVMM与OS配合,实现在虚拟机上透明地运行并行应用软件.

基于硬件虚拟化实现多结点单一系统映像

实现多结点单一系统映像SS(ISingle System Image)是并行计算机体系结构研究的一个重要方向。当前,国内、外关于SSI的大量研究工作是在中间件层(MiddlewareLevel)开展的,存在透明性较差和性能较低等问题。提出了一种实现多结点SSI的新方法,即利用硬件虚拟化技术,在操作系统OS(Operating System)之下构建分布式虚拟机监视器DVMM(Distributed Virtual Machine Monitor),DVMM由各结点之上的VMM(Virtual Machine Monitor)共同组成,各VMM完全对称;通过各结点的VMM之间协作,实现多结点系统资源的感知、整合、虚拟化和呈现,使多结点对OS呈现为SSI;通过DVMM与OS配合,实现在多结点系统上透明地运行并行应用软件。同现有方法相比,所述方法具有透明性好、性能较高、应用面广和实现难度适中等优势。

虚拟化技术在自动测试设备升级中的应用

为减少自动测试设备的报废,必须对其进行有效的软硬件升级。但由于自动测试设备本身的复杂性及高昂的软件开发验证费用,以往进行设备升级是比较困难的。虚拟化技术通过在一台控制器上并行运行多个操作系统,为解决上述问题提供了新的途径。首先介绍虚拟化技术概况,并提出4种基于虚拟化技术的设备升级方式:更换控制器、增加商用现货硬件、增加新的测试程序集及增加实时测试功能,然后简述虚拟化的缺点及代价,最后给出相应的结论。

基于ARM虚拟化扩展的安全防护技术

近几年来,随着移动平台用户量的增加,移动平台安全成为安全领域关注的焦点.而ARM的虚拟化扩展,使得如何基于虚拟化技术进行移动平台的安全防护成为一个研究热点.首先,介绍了虚拟化技术的分类以及早期的相关研究;然后给出了ARM虚拟化扩展的相关概念,并与x86虚拟化扩展进行了对比;随后,重点介绍了基于硬件辅助虚拟化技术的安全研究现状,主要包括通用的系统框架以及针对特定攻击的安全工具;最后,对基于ARM虚拟化扩展的安全防护技术的发展方向进行了展望.

基于本地虚拟化技术的隐藏进程检测

自隐藏恶意代码已成为PC平台下急需解决的安全问题,进程隐藏则是这类恶意代码最常用和最基本的规避检测的自隐藏技术。针对这个问题,提出了一种新的基于本地虚拟化技术的隐藏进程检测技术——Gemini。基于该本地虚拟化技术,Gemini在本地化启动的虚拟机中(Local-Booted Virtual Machine)完整重现了宿主操作系统的运行环境,结合隐式的真实进程列表(TVPL)获取技术,Gemini实现了在虚拟机监视器(VMM)内检测宿主操作系统内隐藏进程的能力。测试结果证明了宿主计算环境重现的有效性与隐藏进程检测的完整性。

基于硬件虚拟化技术的隐藏进程检测技术

随着越来越多的PC用户习惯于从互联网上下载和执行各类软件,潜在的自隐藏恶意代码已成为亟待解决的安全问题,而进程隐藏是这类恶意代码最常用也是最基本的规避检测的自隐藏技术。针对这个问题,提出了一种新的基于硬件虚拟化技术的隐藏进程检测技术——Libra。Libra通过构造一个轻量级的虚拟机监视器(libra virtualmachine monitor,LibraVMM)实现了从虚拟层隐式获取真实进程列表(true process list,TPL)的新技术。与已有的基于虚拟机技术的解决方案相比,Libra具有两个特色,即动态的操作系统迁移技术和不依赖于操作系统的隐式进程自省技术。测试结果证明了Libra检测隐藏进程的完整性,具有很好的实用性。

面向虚拟机的远程磁盘缓存

在虚拟机(virtual machine)系统中,随着虚拟机数量和应用程序需求的不断增长,内存容量已经成为应用程序性能的主要瓶颈。为了提升内存密集型和I/O密集型程序的页面交换性能,提出了虚拟机的远程磁盘缓存机制REMOCA,它允许运行在一台物理主机上的虚拟机将其他物理主机的内存作为其二级磁盘缓存。由于网络传输延迟远远小于磁盘访问,用网络传输代替磁盘访问就能够有效地降低虚拟机的平均磁盘访问延迟。REMOCA的目标就要尽可能地减少磁盘访问。REMOCA运行在虚拟机管理器中,其基本工作原理是截获并处理虚拟机的页面淘汰、磁盘访问等事件。REMOCA能够与现有的虚拟机内存管理机制(如气球技术、影子缓存)相结合,从而提供更加灵活的内存资源管理策略。实验数据表明,REMOCA能有效地降低页面抖动对虚拟机性能的影响,并在很大程度上提升虚拟机中I/O密集型应用的性能。

虚拟技术研究和实现

虚拟技术是一种抽象。对于计算机技术的研究和发展具有重要作用。本文首先给出了虚拟技术研究的历史发展给出和研究现状。从工程和研究的角度,分析了它在不同领域中应用与实现的重要意义。给出了虚拟技术的基本定义,针对不同的应用与研究需要,分析了研究和实现该技术中所涉及的主要问题,包括不同的体系结构、各自的难点实现问题。对应用此技术时主要的完全虚拟问题,内存管理问题和I/O资源管理问题,进行了具体研究与分析。在理论分析基础上,对当前主要的虚拟技术研究项目进行了深入分析和比较。最后,对虚拟技术研究实现的发展趋势做出了展望和论述。指出Linux平台、XML支持是未来的发展趋势。

虚拟机技术的复兴

虚拟机技术通过解除硬件和软件资源的体系结构和用户感知的行为与其物理实现之间的耦合,去解决计算机系统的安全、性能和可靠性等问题。本文简要地介绍了虚拟机技术的发展历史及其复兴的根源,总结了计算机系统虚拟方法共同的体系结构和虚拟机的概要分类。从CPU、内存和I/O三个方面综述了虚拟机监视器的实现技术,通过对当前产品应用和研究开发情况的阐述,可以感知未来虚拟机技术的发展趋势。最后,讨论了虚拟机技术给我国信息安全建设提供的历史机遇与挑战。

Linux虚拟化技术研究

随着Linux的成熟及其在服务器和桌面领域中的广泛应用,Linux的虚拟化技术受到了越来越多的关注.本文首先对虚拟化的概念进行了介绍,分析了Linux虚拟化的基本原理,最后对Linux Kernel-based Virtualiza-tion(KVM)的原理进行了讨论.

基于半虚拟技术的嵌入式分区系统设计与实现

针对嵌入式系统的高可靠性和高安全性要求,设计了基于半虚拟技术的分区系统。在RTEMS实时操作系统中,使用半虚拟技术实现虚拟机监视器,给分区操作系统PLINUX创造虚拟环境。通过地址映射机制和分区调度,把分区系统在空间和时间上隔离开,可有效阻止分区的错误传播,提高系统的容错能力。对系统可靠性、调度效率等方面进行试验和分析,实验结果表明,该分区系统的可靠性明显提高,而且继承了RTEMS的实时性和设计的简洁性。