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第1章 概述1

1．1虚拟化简介1

1．2虚拟化技术的发展与分类2

1．2．1发展历程2

1．2．2虚拟化技术的分类4

1．3虚拟化的相关研究内容15

1．3．1多计算系统的虚拟化15

1．3．2虚拟用户使用环境16

1．3．3虚拟计算系统的安全可信机制17

1．3．4虚拟计算系统的性能评测18

1．4虚拟化的应用19

1．4．1虚拟化在高效能计算机中的应用20

1．4．2虚拟化仿真技术的应用21

1．5各章内容简介23

第2章 指令级虚拟化25

2．1二进制翻译技术概览25

2．1．1解释执行26

2．1．2静态二进制翻译29

2．1．3动态二进制翻译31

2．1．4二进制翻译系统框架33

2．1．5动态优化34

2．2二进制翻译的技术难点35

2．2．1指令集的相关问题35

2．2．2代码挖掘问题37

2．2．3运行环境仿真38

2．2．4二进制翻译系统的效率39

2．3典型的二进制翻译系统40

2．3．1 DAISY／BOA系统41

2．3．2 Crusoe处理器42

2．3．3 Aries和IA-32 EL45

2．3．4 Dynamo动态优化系统48

2．3．5 JIT编译技术49

2．4二进制翻译处理器50

2．5本章小结53

第3章 计算系统虚拟化方法54

3．1系统级虚拟化概述54

3．2 CPU虚拟化56

3．2．1经典虚拟化的逻辑模型57

3．2．2 x86的CPU虚拟化方法59

3．2．3虚拟CPU的调度62

3．2．4小结65

3．3内存虚拟化65

3．3．1内存虚拟化的基本原理65

3．3．2内存虚拟化的优化机制71

3．3．3小结75

3．4 I／O虚拟化75

3．4．1当前I／O设备虚拟化的几种方法75

3．4．2虚拟机的直接I／O访问79

3．4．3小结81

3．5操作系统适配82

3．5．1迁入虚拟化环境82

3．5．2支持虚拟机管理87

3．5．3为特殊项目定制89

3．5．4虚拟装置91

3．5．5小结94

3．6系统级多机虚拟化94

3．6．1传统的单一映像管理系统MOSIX95

3．6．2系统级多机虚拟化概述96

3．6．3系统级多机虚拟化的主要方法97

3．6．4现有系统级多机虚拟化系统102

3．6．5小结104

3．7其他虚拟化方法：进程级虚拟化及语言级虚拟化105

3．7．1进程级虚拟化105

3．7．2语言级虚拟化107

3．7．3网格和虚拟化110

3．8本章小结111

第4章 多虚拟机监控与管理112

4．1多虚拟机之间的迁移113

4．1．1虚拟机迁移步骤114

4．1．2虚拟机迁移机制115

4．1．3虚拟机迁移的特点116

4．1．4虚拟机迁移过程中的资源迁移117

4．2多虚拟机资源管理实例119

4．2．1多虚拟机服务器管理软件——Virtual Infrastructure120

4．2．2多虚拟机服务器管理软件——Parallax123

4．2．3多虚拟机桌面管理系统——Collective125

4．2．4用户计算环境的移动化——Internet Suspend／Resume系统129

4．2．5部署和评测网络服务的全球平台——PlanetLab133

4．3本章小结136

第5章 虚拟用户使用环境138

5．1虚拟化：从服务器到桌面138

5．2用户使用环境虚拟化139

5．2．1应用程序的远程虚拟显示139

5．2．2用户远程虚拟执行环境142

5．2．3用户本地环境快速构建149

5．2．4用户环境的迁移150

5．2．5用户环境的回滚和重放154

5．3应用程序的虚拟化162

5．3．1 Thinstall系统162

5．3．2 Appstream系统165

5．4虚拟机网络167

5．4．1虚拟机支持的虚拟网络167

5．4．2虚拟化网络执行环境170

5．5虚拟化编程环境172

5．5．1 LLVM：轻量级虚拟机172

5．5．2 Joeq系统176

5．6本章小结177

第6章 安全可信的虚拟计算系统178

6．1虚拟化系统的安全挑战178

6．2虚拟化系统基本安全机制181

6．2．1虚拟机基本安全机制181

6．2．2 KVM基本安全机制182

6．2．3实例系统安全机制分析184

6．3基于虚拟机的入侵检测187

6．3．1入侵检测简介187

6．3．2基于虚拟机的入侵检测的基本原理188

6．3．3基于虚拟机的入侵检测原型系统189

6．3．4基于虚拟机的蜜罐系统193

6．3．5基于虚拟机的蜜网系统198

6．4恶意代码检测与隔离199

6．4．1恶意代码的安全威胁199

6．4．2虚拟化恶意软件201

6．4．3基于虚拟机的恶意代码检测与隔离202

6．5虚拟可信机制204

6．5．1可信计算简介204

6．5．2虚拟可信平台206

6．6本章小结211

第7章 虚拟计算系统的性能评测213

7．1虚拟计算系统的性能测量214

7．1．1性能测量指标214

7．1．2性能测量方法217

7．1．3现有测试规范223

7．2虚拟计算系统的性能分析228

7．2．1排队网络模型229

7．2．2半／马尔可夫链模型230

7．2．3 Petri网模型232

7．2．4随机进程代数模型233

7．2．5分析方法和虚拟计算系统233

7．3虚拟计算系统的性能模拟235

7．3．1轨迹驱动模拟236

7．3．2执行驱动模拟237

7．3．3离散事件模拟238

7．3．4全系统模拟239

7．3．5统计模拟240

7．4虚拟计算系统的可用性241

7．4．1虚拟计算系统可用性的衡量标准242

7．4．2虚拟计算系统可用性的评测方法243

7．5本章小结248

第8章 虚拟化在高效能计算机中的应用250

8．1高效能计算发展中面临的问题251

8．2基于虚拟化技术的高效能计算252

8．2．1适合高效能计算的虚拟机管理器252

8．2．2虚拟化环境系统管理253

8．2．3资源管理253

8．2．4 I／O和存储254

8．2．5高可用和容错254

8．3关键技术问题254

8．3．1性能问题254

8．3．2多核处理器255

8．3．3并行系统管理256

8．4应用举例258

8．4．1整合异构资源——Cray的自适应超级计算258

8．4．2资源管理——虚拟化InfiniBand集群系统261

8．4．3系统容错——主动容错系统264

8．4．4虚拟化系统环境——VSE267

8．4．5并行编程环境——Charm＋＋和AMPI273

8．4．6虚拟化系统管理工具277

8．4．7半虚拟化技术应用于高效能计算的性能测试279

8．5应用前景分析287

8．6本章小结289

第9章 虚拟化在仿真系统中的应用291

9．1虚拟化技术在仿真中的需求291

9．1．1建模仿真技术体系及发展趋势291

9．1．2虚拟化在仿真中的应用需求300

9．2虚拟化技术在仿真中的应用现状307

9．2．1高能物理仿真：基于VMware ESX的粒子探测器仿真系统307

9．2．2网络安全仿真：用于Botnet研究的综合试验台环境仿真系统311

9．2．3复杂产品仿真：基于JVM的起落架协同仿真系统316

9．3虚拟化与仿真进一步融合所面临的挑战319

9．3．1虚拟化仿真系统体系结构319

9．3．2虚拟化仿真资源描述方法320

9．3．3仿真执行环境自动化部署技术321

9．3．4虚拟化仿真调度算法322

9．3．5基于虚拟机的仿真容错迁移技术323

9．4虚拟化仿真系统及其展望324

9．4．1虚拟化仿真系统及其特点324

9．4．2进一步研究与应用展望326

第10章 虚拟化技术的现状和未来328

10．1虚拟化技术的主要研究组织328

10．1．1世界计算机领域最有影响力的组织328

10．1．2研究虚拟化技术的著名高校329

10．1．3研究虚拟化技术的著名公司331

10．1．4研究虚拟化技术的相关网站335

10．2虚拟化的重要国际会议和刊物336

10．2．1有关虚拟化的重要国际会议336

10．2．2虚拟化重要国际刊物338

10．3虚拟化的未来339

10．3．1虚拟化未来的商业应用趋势339

10．3．2虚拟化未来的学术研究趋势339

10．4本章小结340

附录A 相关术语及解释341

参考文献358