系统虚拟化中指令去特权化的软硬件协同设计  

A software-hardware co-design method for deprivileging instructions in virtualization

作　　者：台运方[1,2,3] 蔡万伟[1,2,3] 刘奇[1,2,3] 张戈[4,5] 章隆兵[1,2,4] 

机构地区：[1]中国科学院计算机系统结构重点实验室,北京100190 [2]中国科学院计算技术研究所,北京100190 [3]中国科学院研究生院,北京100049 [4]龙芯中科技术有限公司,北京100190 [5]中国科学院重庆绿色智能技术研究院电子所,重庆401122

出　　处：《高技术通讯》2012年第11期1149-1154,共6页Chinese High Technology Letters

基　　金：国家“核高基”科技重大专项课题（2009zx01028JD02_003,2009zx01029JD01-003）和国家自然科学基金（60921002,61003064,61050002,61070025,61100163,61133004,61173001）资助项目.

摘　　要：提出了一种软硬件协同设计的去特权化方式，用来减少系统虚拟机中特权指令和敏感指令产生的额外开销。其主要思想是使用修改操作系统源代码的软件去特权化方式减少敏感指令的额外开销，使用修改硬件方式减少非敏感指令的特权指令的额外开销。两者配合使用可最大限度减少虚拟机中这两类指令的额外开销，从而能提高系统虚拟机性能。在MIPS架构CPU的测试板上的实验显示，使用这种方法之后虚拟机的特权指令和敏感指令造成的异常数减少了近97％，同时SPECCINT2000测试集中大部分程序性能提升100％以上。To reduce the overhead of privileged instructions and sensitive instructions in virtual machines, this paper presents a hardware-software co-design method to deprivilege these instructions. The main idea is to modify the source code of the operating system to deprivilege sensitive instructions and modify hardwares to deprivilege privi- leged insensitive instructions. The two ways are coordinated to minimize the overhead of these instructions, in order to improve the performance of virtual machines. The results of the experiments on the software-hardware co-design method conducted on the boards with MIPS CPUs showed that the exceptions caused by the privileged instructions and sensitive instructions decreased by nearly 97% and was improved by more than 100%. the performance of majority of programs in SPEC CINT2000

关 键 词：虚拟化 去特权化 软硬件协同设计 特权指令 敏感指令 

分 类 号：TP316[自动化与计算机技术—计算机软件与理论]