波佩克与戈德堡虚拟化需求

✍ dations ◷ 2025-12-05 12:09:10 #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

  • 西俄勒冈州立大学西俄勒冈大学是美国俄勒冈州的一所公立大学,1856年设立。学生约6千人。旧名西俄勒冈州立大学。
  • 第一性征生物性别(英语:sex)又称生殖性别或生理性别、生物中有许多物种可以划分成雄性及雌性,不过也有些会是间性。有性生殖是指雄性和雌性生物将其基因特质混合重组,繁衍后代的过程。配
  • 中北美洲及加勒比海运动会中美洲及加勒比海运动会(英语:Central American and Caribbean Games)是一个中美洲及加勒比海地区综合性运动会,每四年举行一次。首届中美洲及加勒比海运动会于1926年于墨西哥的
  • 索比布尔集中营纳粹集中营转移营比利时:布伦东克堡垒 · 梅赫伦转移营法国:居尔集中营 · 德朗西集中营意大利:波尔查诺转移营荷兰:阿默斯福特集中营 · 韦斯特博克转移营挪威:法斯塔德集中营部
  • 台语文史台语白话文,或称为台湾话文、台语文、台文,是一种符合并融合台湾话语法、本身词汇以及外来词汇的书面文系统,主要流行于台湾、福建、广东一带、新加坡以及马来西亚。传统的台语
  • 科罗拉多州河流列表此列表列出了美国科罗拉多州的河流。约有158条河流流经科罗拉多州,下面按字母顺序排序的列表列出了一些重要的河流及其流域面积。Template:Rivers in the United States历史
  • 都会旅客捷运系统都会旅客捷运系统(英语:Metromover)是位于美国迈阿密佛罗里达州的一个免费(英语:Free public transport)公共旅客捷运系统,由迈阿密-戴德运输营运。迈阿密旅客捷运系统服务的地区包
  • 类法尼醇x受体1osh, 1osv, 1ot7· 类固醇激素受体 · 转录辅激活物 · 转录辅阻遏物 · 蛋白质结合 · 锌离子结合 · sequence-specific DNA binding · 依赖DNA的转运调控 · 信
  • 莱斯特座堂莱斯特座堂(英语:Leicester Cathedral)是位于英国城市莱斯特的一座英格兰教会的教堂。莱斯特座堂在1922年升格为学院教堂,并在1926年圣公会莱斯特教区成立之后于1927年成为莱斯
  • 蒂莫西·巴万德拉蒂莫西·巴万德拉(1934年9月22日-1989年11月3日)是一位斐济医生,他是斐济工党创始人,1987年就任斐济第二任总理。为争取赢得1987年斐济选举,巴万德拉使工党与斐济印度人占主导的民