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第一篇 云计算与虚拟化技术 2

第1章 虚拟化技术基本原理 2

1.1云计算与虚拟化技术 3

1.2 x86和非x86体系结构基础 4

1.2.1 x86的发展历程 4

1.2.2 x86-64 6

1.2.3 x86内存架构 7

1.2.4 x86-64的基本模式 23

1.2.5 x86-64的寄存器组 25

1.2.6中断与异常 26

1.2.7 I/O架构 31

1.2.8 DMA 32

1.2.9时钟 33

1.3操作系统与虚拟化 34

1.3.1操作系统 35

1.3.2进程 35

1.3.3系统虚拟化 38

1.3.4系统虚拟化的发展历程 39

1.3.5可虚拟化条件 41

1.3.6虚拟化的原理与分类 43

1.4 VMM技术架构分类 45

1.4.1 Hypervisor模型 46

1.4.2宿主（Hosted）模型 47

1.4.3混合模型 48

1.5本章小结 49

第2章 虚拟化实现技术架构 50

2.1处理器虚拟化实现技术 52

2.1.1 Intel VT 53

2.1.2 AMD SVM 55

2.1.3 vCPU 55

2.2中断虚拟化实现技术 56

2.3内存虚拟化实现技术 58

2.3.1影子页表 60

2.3.2 Intel EPT 65

2.3.3 AMD NPT 67

2.4 I/O设备虚拟化实现技术 68

2.4.1 Intel VT-d 69

2.4.2 DMA重映射 70

2.4.3 I/O页表 73

2.4.4 AMD IOMMU 74

2.5网络虚拟化技术 76

2.6时间虚拟化技术 79

2.6.1操作系统和客户机的时间概念 79

2.6.2客户机时间概念的实现 82

2.7主流虚拟化产品及其特点 84

2.7.1 Xen 84

2.7.2 VMware 86

2.7.3 Hyper-V 87

2.7.4 KVM 88

2.8本章小结 90

第二篇 Xen虚拟化技术 92

第3章Xen软件系统原理 92

3.1 Xen软件模块结构 93

3.1.1 Xen Hypervisor 93

3.1.2特权虚拟域0（Dom0） 94

3.1.3独立设备驱动域（IDD） 95

3.1.4非特权虚拟域U（DomU） 96

3.1.5硬件虚拟域（HVM） 96

3.2 Xen系统启动工作原理及流程 96

3.2.1系统引导过程 97

3.2.2 Hypervisor启动与初始化过程 98

3.2.3 Dom0启动过程 99

3.2.4 DomU的启动 99

3.3 Xen CPU虚拟化工作原理 100

3.3.1 x86体系虚拟化存在的问题 100

3.3.2 CPU虚拟化——半虚拟化（又称为泛虚拟化） 102

3.3.3 CPU虚拟化技术——硬件虚拟化技术支持的全虚拟化 103

3.4 Xen内存虚拟化工作原理 105

3.4.1内存虚拟化——直接模式 106

3.4.2内存虚拟化——影子模式 107

3.5 I/O虚拟化工作原理 108

3.5.1半虚拟化I/O 108

3.5.2全虚拟化I/O 109

3.6 Xen虚拟机（DomU）生命周期管理 110

3.7本章小结 112

第4章Xen Hypervisor技术实现 113

4.1 Xen Hypervisor关键技术概述 114

4.2 Hypercall 114

4.2.1 Hypercall的实现机制 115

4.2.2自定义Hypercall的方法 118

4.2.3应用程序使用Hypercall的方法 120

4.3事件通道 121

4.3.1事件通道的初始化 121

4.3.2事件通道的绑定 122

4.3.3发送事件通知 136

4.3.4事件通知的处理 138

4.4数据共享 142

4.4.1授权表（Grant table） 142

4.4.2 XenStore和XenBus 146

4.4.3分离设备驱动 149

4.5本章小结 154

第三篇 KVM虚拟化技术 156

第5章qemu-kvm虚拟化解决方案 156

5.1概述 157

5.2内核模块组成概述 158

5.2.1 KVM的内核模块结构 158

5.2.2 Linux内核源码中的KVM 160

5.3 KVM所提供的API 162

5.3.1 KVM API纵览 162

5.3.2 system ioctls调用 163

5.3.3 vm ioctl系统调用 164

5.3.4 vcpu ioctl系统调用 165

5.4 KVM内核模块重要的数据结构 168

5.4.1 KVM结构体 168

5.4.2 kvm_vcpu结构体 169

5.4.3 kvm_x86_ops结构体 169

5.4.4 KVM API中重要的结构体 171

5.5 KVM内核模块重要流程的分析 173

5.5.1初始化流程 173

5.5.2虚拟机的创建 175

5.5.3 vCPU的创建 177

5.5.4 vCPU的运行 180

5.6 qemu-kvm软件架构分析 184

5.6.1 QEMU的三种运行模式 184

5.6.2 libvirt和virt-manager 185

5.6.3 KVM的调试接口 186

5.7本章小结 187

第6章qemu-kvm原理与分析 188

6.1 QEMU软件架构 189

6.1.1 qemu-kvm的配置与编译 189

6.1.2 qemu-kvm的架构与配置 190

6.2 QEMU组件 190

6.2.1模块模型 190

6.2.2 libkvm模块 193

6.2.3 virtio组件 196

6.3基于KVM的QEMU PC Emulator 199

6.3.1 KVM中的Machine模块 199

6.3.2基于KVM加速支持的CPU虚拟化模块 207

6.3.3虚拟机的内存管理 216

6.3.4 I/O管理 223

6.4本章小结 225

第四篇 虚拟化软件开放接口 228

第7章Xen API接口技术及实现 228

7.1 Xen Management API接口概述 229

7.2 XML-RPC工作原理 230

7.2.1 XML-RPC概述 231

7.2.2 XML-RPC请求 232

7.2.3 XML-RPC响应 234

7.3 Xen Managemnet API的实现 236

7.3.1 C语言和Python语言的扩展与嵌入 236

7.3.2 Xen Management API类的定义 237

7.3.3 Xen Management API处理流程分析 238

7.4本章小结 242

第8章 libvirt虚拟化控制中间件 243

8.1 libvirt概述 244

8.1.1 libvirt简介及使用样例 244

8.1.2基于libvirt所开发的开源应用 245

8.1.3安装与配置 245

8.2 libvirt架构与开发 247

8.2.1 libvirt架构说明 247

8.2.2 libvirt API控制接口 250

8.2.3 libvirt的主机域管理 254

8.2.4 libvirt的网络架构 254

8.2.5 libvirt的存储管理 256

8.3基于libvirt的XML配置解析 256

8.3.1 XML配置格式简析 256

8.3.2针对Xen的libvirt配置详解 264

8.3.3针对KVM/QEMU的libvirt配置详解 271

8.4本章小结 282

参考文献 283