波佩克与戈德堡虚拟化需求

✍ dations ◷ 2025-12-01 18:12:52 #计算机科学,虚拟机

波佩克与戈德堡虚拟化需求(英语:Popek and Goldberg virtualization requirements)是一组充分条件,用于验证某一计算机体系结构可否被有效虚拟化。杰拉尔德·J·波佩克与罗伯特·P·戈德堡于1974年合作论文《可虚拟第三代架构的规范化条件(英语:Formal Requirements for Virtualizable Third Generation Architectures)》中提出。尽管这组条件基于简单化假设获得,但它们仍为判定一个计算机架构是否能够有效支持虚拟化提供了一个便利方法,也为设计可虚拟化计算机架构给出了指导原则。

系统虚拟机(system virtual machine)是指能够虚拟包括单或多处理器、内存、外存及周边设备在内之全体硬件资源的虚拟机。虚拟机监视器(virtual machine monitor,VMM)是一个软件,用于提供虚拟机的抽象(Abstraction)。当分析一个VMM所创造的环境时,有三点性质值得特别关注:

波佩克与戈德堡认为VMM应具备上述三个性质。今天来看,VMM通常被认为具备前两个性质即可。

波佩克与戈德堡描述了一台物理机为了能够运行具备以上性质之VMM,其指令集架构(Instruction Set Architecture,ISA)必须满足的特征。尽管这些分析使用所谓“第三代架构模型”(如IBM 360和DEC公司的PDP-10)得出相关特征,它们对于现在的计算机也是足够适用的。这个模型包括一个运行于系统或用户模式的CPU,并可以访问线形、统一化可编址内存。它还假设,指令集有一个子集只能运行于系统模式(内核态);内存通过一个重定位寄存器进行寻址。输入/输出和中断未被考虑。

为导出虚拟化需求,波佩克与戈德堡将ISA的全部指令分为三类。

波佩克与戈德堡的分析结果主要归纳如下:

定理1:对于任何传统的第三代计算机,只要其敏感指令是优先级指令的一个子集,就可以为其创建VMM。

直观地说,这条定理指出,欲构造一个VMM,其充分条件是所有可能影响VMM正常工作的指令(即敏感指令)能够自陷并将控制权移交给VMM。这就保证了资源控制;非特权指令则必须被本地(物理机)执行——也就是更有效率地执行。等价性也得到满足。

一个关联问题是递归虚拟化的ISA需求,即探讨在什么样的条件下可以创建一个能运行于自身拷贝上的VMM。波佩克与戈德堡指出,

定理2:一台传统第三代计算机是递归虚拟的,当

定理1所给出的条件可以通过牺牲第三条性质、效率性来放宽。因此,许多按波佩克与戈德堡之定义应归类为非可虚拟的ISA也有VMM。但是,虚拟这种体系结构意味着对一些关键指令,即敏感且非特权指令,必须作出正确处理。动态重编译中常用的补丁方法在这里得到运用:在运行时发现这样的指令,并以自陷到VMM来替换。

相关

  • 红斑性肢痛症红斑性肢痛病 一种罕见的血管病。表现为手足血管阵发性地扩张收缩,伴有灼痛、皮肤温度升高并发红。可能是遗传性疾病,也可能是皮肤对热和张力过敏所致。
  • 阿基米德阿基米德(希腊语:´Αρχιμήδης;前287年-前212年),希腊化时代的数学家、物理学家、发明家、工程师、天文学家。出生于西西里岛的锡拉库扎,据说他在亚历山大求学时期,发明了阿
  • 语义场语义场(英语:semantic field、德语:Wortfeld)指的是一系列以语义分组的词语的语义类聚。分组的词语一般拥有共通义素和区别义素。例如下表中的几个词语的语义就构成一个语义场。
  • 养成过程人体解剖学 - 人体生理学 组织学 - 胚胎学 人体寄生虫学 - 免疫学 病理学 - 病理生理学 细胞学 - 营养学 流行病学 - 药理学 - 毒理学医生又称医师,在中国古代称大夫或郎中
  • 畸颚马陆总目(Colobognatha)见内文畸颚马陆总目(学名:Colobognatha)是倍足纲唇颚亚纲蠕形马陆下纲(Helminthomorpha)之下的一个总目。畸颚马陆总目的各物种间都有共有衍征:雄性物种有两对简单的生殖肢(英语:gon
  • 圩田围垦又称围海造田,是指在沿江河、沿湖或沿海的区域通过修筑堤坝(或海塘),再将河水、湖水或海水排出,以取得可利用土地的一项工程方式;与之相对的,将土砂或废弃物倒入海中则是“填海
  • 美卡多阿根廷美卡多(Mercado Libre, Inc.;葡萄牙语中又称Mercado Livre),或译美客多、自由市场(西班牙语原名直译),是一家阿根廷网上商城,在美国上市。2016年,其拉丁美洲用户达到1.742亿,成
  • 氯丹氯丹(Chlordane)又称可氯丹,是有机氯杀虫剂的一种,为深琥珀色黏性液体,具有类似松柏的气味。氯丹通常以混合物的形态存在,其主成分氯丹占60%,另外含有结构类似的双环五碳双烯化合
  • 勇闯夺命岛《勇闯夺命岛》(英语:The Rock)是一部于1996年上映的美国动作片,为迈克尔·贝执导,唐·辛普森与杰瑞·布洛克海默监制。由肖恩·康纳利、尼古拉斯·凯奇与艾德·哈里斯等人主演。
  • 台湾啤酒篮球队1999~至今:台湾啤酒篮球队台湾啤酒篮球队,台湾超级篮球联赛的业余篮球队,是超级篮球联赛(SBL)创始球队之一,隶属于台湾烟酒公司。前身是公卖凯旋青年队,1968年创队,1969年成立“公卖