Реферат по теме: Виртуальные машины, Рефераты из Архитектура компьютерных систем

Скачай Реферат по теме: Виртуальные машины и еще Рефераты в формате PDF Архитектура компьютерных систем только на Docsity! МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКИ КЫРГЫЗСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ.И.РАЗЗАКОВА Кафедра: Прикладная информатика СРС По дисциплине: Архитектура компьютера и операционные системы На тему: Виртуальные машины и их операционные системы Проверила: Шамырова Д.Р. Группа: ПИн-2-21 Выполнил: Жумакадыров С.К. Бишкек 2022 СОДЕРАЖАНИЕ Введение 1. Технологии виртуальных машин и принципы работы 2. Обзор технологии виртуальных машин 2.1эмуляция api гостевой операционной системы; 2.2полная виртуализация; 2.3паравиртуализация. 3. Принцип работы виртуальных машин Заключение Список литературы 2. ОБЗОР ТЕХНОЛОГИИ ВИРТУАЛЬНЫХ МАШИН В настоящее время существует множество схем виртуализации, таких как динамическая рекомпиляция, аппаратная виртуализации. Остановимся на трех наиболее распространенных и перспективных технологиях более подробно: 1. эмуляция API гостевой операционной системы; 2. полная виртуализация; 3. паравиртуализация. 2.1 Эмуляция API (Application Programming Interface) гостевой операционной системы Обычно приложения работают в изолированном адресном пространстве и взаимодействуют с оборудованием при помощи API, предоставляемым операционной системой. Если две операционные системы совместимы по своим АРI (например, Windows 98 и Windows 2000), то приложения, разработанные для одной из них, будут работать и на другой. Если две операционные системы несовместимы по своим API (например, Windows 2000 и Linux), то существует способ перехватить обращения приложений к АРI и сымитировать поведение одной операционной системы средствами другой операционной системы. При таком подходе можно поставить одну операционную систему и работать одновременно как с ее приложениями, так и с приложениями другой операционной системы. Поскольку весь код приложения исполняется без эмуляции и лишь вызовы API эмулируются, потеря в производительности незначительная. Но из-за того, что многие приложения используют недокументированные функции API или обращаются к операционной системе в обход API, даже очень хорошие эмуляторы API имеют проблемы совместимости и позволяют запустить не более 70% от общего числа приложений. Кроме того, поддерживать эмуляцию API бурно развивающейся операционной системы (например, такой как Windows) очень нелегко, и большинство эмуляторов АРI так и остаются эмуляторами какой-то конкретной версии операционной системы. Самый большой минус способа эмуляции API – это его строгая ориентация на конкретную операционную систему. Для того, чтобы запустить в нем приложения другой операционной системы, необходимо все переписывать с нуля. Примеры продуктов использующих эмуляция API операционной системы:  проект WINE, позволяющий запускать приложения DOS, Win16 и Win32 под операционными системами Unix/Linux;  проект с открытым кодом User Mode Linux (UМL), позволяющий запускать несколько копий операционной системы Linux на одном компьютере (встроен в ядро Linux версий 2.6);  технология, используемая во FreeBSD для запуска приложений Linux. Преимущество такого метода эмуляции, скорость работы. Недостаток, отсутствуют возможности многоплатформенного использования. 2.2 Полная виртуализация Проекты, выполненные по технологии полной виртуализации, работают как интерпретаторы. Они последовательно выбирают код гостевой операционной системы и эмулируют поведение каждой отдельно взятой инструкции. Поскольку при этом полностью эмулируется поведение как процессора, так и всех внешних устройств виртуального Intel х86 компьютера, то существует возможность запускать эмулятор на компьютерах с совершенно другой архитектурой, например, на рабочих станциях Mаc или на RISC'овых серверах Sun. Самый серьезный недостаток этого подхода заключается в катастрофической потере производительности гостевой операционной системы. Скорость работы гостевых приложений может упасть очень значительно, что означает практическую невозможность нормальной работы с гостевой операционной системой внутри эмулятора. Тем не менее, существуют некоторые технологии, такие как динамическая трансляция, позволяющие увеличить скорость полной эмуляции. Полные эмуляторы чаще всего используются в качестве низкоуровневых отладчиков для исследования и трассировки операционных систем. Примеры проектов, выполненных по технологии полной эмуляции:  проект с открытым кодом Bochs, позволяющий запускать различные операционные системы Intel х86 под Linux, Windows, BeOS и Мас OS;  продукт Virtual PC фирмы Microsoft позволяющий запускать различные x86-ОС на PC и Mac;  проект Qemu – самый быстрый эмулятор различных архитектур на PC. При использовании модуля Accelerator практически сравнивается по производительности с виртуальными машинами. Преимущество полной виртуализации – отличная совместимость и возможность многоплатформенного использования. Основным недостатком является медленная скорость работы гостевых операционных систем. 2.3 Паравиртуализация Паравиртуализация – еще один способ, который имеет некоторые сходства с полной виртуализацией. Этот метод использует гипервизор для разделения доступа к основным аппаратным средствам, но объединяет код, касающийся виртуализации, в непосредственно операционную систему. Этот подход устраняет потребность в любой перекомпиляции или Приложение виртуальной машины – это обычное приложение, выполняющееся под управлением хостовой операционной системы. Приложение виртуальной машины имеет графический интерфейс и позволяет пользователю взаимодействовать с виртуальной машиной и гостевой операционной системой. Приложение является непереносимым компонентом виртуальной машины, поскольку разрабатывается для конкретной хостовой операционной системы и использует ее функции для отображения графического интерфейса и доступа к внешним устройствам. Как правило, для портирования виртуальной машины под другую хостовую операционную систему, необходимо полностью переписать приложение. Приложение виртуальной машины построено по многопоточной технологии и поддерживает три основных потока: поток виртуализации для передачи управления монитору и обмена информационными сообщениями с ним; графический поток для отображения видеобуфера гостевой операционной системы; поток GUI для работы пользовательского интерфейса и передачи событий от мыши и клавиатуры гостевой операционной системе. Для каждой виртуальной машины запускается своя копия приложения виртуальной машины. Приложение виртуальной машины выполняет следующие основные функции: 1. создание, удаление и конфигурирование виртуальных машин; 2. включение, выключение и управление работой виртуальных машин; 3. обеспечение интерфейса пользователя с гостевой операционной системой ввод с клавиатуры (мыши) и отображение экрана гостевой операционной системы; 4. выделение памяти для виртуальной машины и загрузка (инициализация) монитора виртуальной машины; 5. взаимодействие с физическими ресурсами компьютера через функции хостовой операционной системы (работа с жесткими и гибкими дисками, видеокартой, последовательными и параллельными портами и т.д.). Драйвер виртуальных машин – это системный драйвер, работающий на уровне привилегий ядра хостовой операционной системы. Драйвер является шлюзом между приложением и монитором виртуальной машины, позволяющий им передавать управление и обмениваться информационными сообщениями между собой. Кроме того, драйвер выполняет функции взаимодействия с хостовой операционной системой, такие как выделение и закрепление страниц памяти по физическим адресам. Драйвер виртуальной машины является непереносимым компонентом виртуальной машины. Для портирования виртуальной машины под другую хостовую операционную систему необходимо полностью переписать драйвер используя средства этой операционной системы. Все виртуальные машнны пользуются одной копией драйвера виртуальных машин. Монитор виртуальной машины – это основной компонент виртуальной машины. Монитор не зависит от конкретной хостовой операционной системы и отвечает за создание виртуальной среды для исполнения гостевой операционной системы. Монитор работает на уровне привилегий ядра хостовой операционной системы и реализует выбранную технологию виртуализации. Поскольку монитор включает в себя блок эмуляции процессора и внешних устройств, то время от времени он вынужден обращаться к приложению для доступа к реальным внешним устройствам. Для каждой виртуальной машины запускается своя копия монитора виртуальной машины. Монитор может взаимодействовать с приложением двумя способами: синхронно при помощи обмена информационными сообщениями через драйвер виртуальных машин; асинхронно при помощи разделяемых системных структур и участков памяти. Монитор работает в изолированном от хостовой операционной системы контексте и поддерживает свои собственные системные таблицы GDT (Global Descriptor Table), IDT и т.д. При переключении контекста между монитором и хостовой операционной системой выполняется операция сохранения одного контекста и загрузка другого. Переключение контекста напоминает процедуру переключения задач операционной системы, но включает в себя дополнительный набор данных. Также, монитор должен отлавливать и перенаправлять хостовой операционной системе все прерывания от реальных внешних устройств.