Xen

  

在一台机器上运行多个操作系统挑战在于：

1 操作系统相互之间不能互相影响

2 需要支持不同的操作系统同时运行

3 虚拟化带来的性能上的影响应该尽可能的小

       Xen设计的目标是：

1 修改应用程序对于用户来说是不能接受的。否则用户不会去使用xen,因此xen必须虚拟出ABIs要求的所有的体系结构特征

2 支持多任务的操作系统。

3 为了达到高的性能和资源的隔离性，paravirtualization是必须的

       Xen和Denali 的区别：

1 Denali目标不在于ABIs的虚拟，所以在VM接口里可以不用某些体系特征，比如x86里面的段结构

2 Denali的设计没有考虑在单OS里支持多任务和多地址空间，实际上虚拟的是一个单用户单任务无保护的“操作系统”

3 Denali 结构里，VMM页的管理使用的是磁盘，可能是因为在虚拟层缺少内存管理的支持。Xen里，每个客户OS的页面管理使用的是自己的保留的内存地址

4 Denali 虚拟了所有机器资源的namespaces，VM不能access没有命名的资源。但是，hypervisor能提供足够的保证，让物理的资源对于客户OS可见也能保证强正确性和性能。

1 Xen 的内存管理：

       每次当客户OS需要新的页表，就从自己的内存空间里面分配和初始化一个页，并向xen注册，客户OS放弃写入特权到页表内存里去，后继的更新由Xen来完成。每个地址空间起始的64M分配给Xen，客户OS不能access或是从新映射这段空间。一般的x86 ABIs不需要这段地址空间。所以不会破坏程序的兼容性。

2 xen的CPU：

       内存的虚拟是最难的部分。大多数处理器只提供两个优先级，这样客户OS只好和应用程序享用同一个优先级。用户OS为了保护自己需要让自己运行在单独的地址空间里面。用户OS需要通过hypervisor来设定虚拟的优先级，修改自己的地址空间

       在x86里面，有4个优先级，hypervisor优先级为0，客户OS为1，应用程序为3，这样即可以保证客户OS优先级低于hypervisor,又能保证客户OS和应用程序间的隔离性。

       异常，包括内存错误和陷阱。用很简单的方式虚拟出来。用一个表来描述在Xen里面注册的异常对应的handle。

      Xen的设计细节：

1 控制转移：domain 同步call Xen使用hypercall，Xen传递notification到domain使用异步事件机制。Hypercall允许domain产生一个同步trap到hypervisor以执行特权操作（例如页表的更新）。异步的事件机制替代传统的设备中断使用的传递机制，允许重要事件的轻量notification。Pending事件被存储在每个domain的bitmask里面，Xen 在调用客户OS的事件回调handler之前更新bitmask。回调handler负责处理重置pending事件集。

2 数据传递，I/O环：hypervisor意味着在客户OS和I/O设备间添加了保护domain。系统垂直传递机制的开销应该尽可能小。

异步I/O环是个圆型的descriptor队列，descripter由domain分配，由Xen来使用。Descripter不直接包含数据，它只是一个指向数据buffer的指针。通过两对producter-consumer指针来Access to环。Domain放置一个request到环上去，advance a request producer 指针。Xen remove requests，然后处理这些requests，advance 相关 request consumer 指针。

3 子系统的虚拟化：

CPU策略：BVT（Borrowed Virtual Time） provides low-latency dispatch by using virtual-time warping, a mechanism which temporarily violates `ideal' fair sharing to favor recently-woken domains. However,other scheduling algorithms could be trivially implemented over our generic scheduler abstraction. Per-domain scheduling parameters can be adjusted by management software running in Domain0.

       虚地址转换：Vmware的做法是为每个客户OS提供虚拟页表，Xen的做法是将每个客户OS的页表直接向MMU注册，限制客户OS只允许它们以只读的方式访问页表，使用hypercall让Xen执行页表的更新，执行前必须验证请求。

       物理内存：每个domain被生成时初始化内存分配，如果某个domain内存不足时，可以向Xen申请更多的内存。

       网络：Xen提供VFR（virtual firewall-router）抽象，每个domain拥有一个或多个网络接口（VIFs）与VFR连接。VIF有些类似于网卡。

磁盘：Only Domain0 has direct unchecked access to physical (IDE and SCSI) disks.其他的domains通过VBDs（virtual block devices）访问磁盘。在Xen里面为每个VBD维护translation table