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第一篇 云计算与虚拟化技术2

第1章 虚拟化技术基本原理2

1.1云计算与虚拟化技术3

1.2 x86和非x86体系结构基础4

1.2.1 x86的发展历程4

1.2.2 x86-646

1.2.3 x86内存架构7

1.2.4 x86-64的基本模式23

1.2.5 x86-64的寄存器组25

1.2.6中断与异常26

1.2.7 I/O架构31

1.2.8 DMA32

1.2.9时钟33

1.3操作系统与虚拟化34

1.3.1操作系统35

1.3.2进程35

1.3.3系统虚拟化38

1.3.4系统虚拟化的发展历程39

1.3.5可虚拟化条件41

1.3.6虚拟化的原理与分类43

1.4 VMM技术架构分类45

1.4.1 Hypervisor模型46

1.4.2宿主（Hosted）模型47

1.4.3混合模型48

1.5本章小结49

第2章 虚拟化实现技术架构50

2.1处理器虚拟化实现技术52

2.1.1 Intel VT53

2.1.2 AMD SVM55

2.1.3 vCPU55

2.2中断虚拟化实现技术56

2.3内存虚拟化实现技术58

2.3.1影子页表60

2.3.2 Intel EPT65

2.3.3 AMD NPT67

2.4 I/O设备虚拟化实现技术68

2.4.1 Intel VT-d69

2.4.2 DMA重映射70

2.4.3 I/O页表73

2.4.4 AMD IOMMU74

2.5网络虚拟化技术76

2.6时间虚拟化技术79

2.6.1操作系统和客户机的时间概念79

2.6.2客户机时间概念的实现82

2.7主流虚拟化产品及其特点84

2.7.1 Xen84

2.7.2 VMware86

2.7.3 Hyper-V87

2.7.4 KVM88

2.8本章小结90

第二篇 Xen虚拟化技术92

第3章Xen软件系统原理92

3.1 Xen软件模块结构93

3.1.1 Xen Hypervisor93

3.1.2特权虚拟域0（Dom0）94

3.1.3独立设备驱动域（IDD）95

3.1.4非特权虚拟域U（DomU）96

3.1.5硬件虚拟域（HVM）96

3.2 Xen系统启动工作原理及流程96

3.2.1系统引导过程97

3.2.2 Hypervisor启动与初始化过程98

3.2.3 Dom0启动过程99

3.2.4 DomU的启动99

3.3 Xen CPU虚拟化工作原理100

3.3.1 x86体系虚拟化存在的问题100

3.3.2 CPU虚拟化——半虚拟化（又称为泛虚拟化）102

3.3.3 CPU虚拟化技术——硬件虚拟化技术支持的全虚拟化103

3.4 Xen内存虚拟化工作原理105

3.4.1内存虚拟化——直接模式106

3.4.2内存虚拟化——影子模式107

3.5 I/O虚拟化工作原理108

3.5.1半虚拟化I/O108

3.5.2全虚拟化I/O109

3.6 Xen虚拟机（DomU）生命周期管理110

3.7本章小结112

第4章Xen Hypervisor技术实现113

4.1 Xen Hypervisor关键技术概述114

4.2 Hypercall114

4.2.1 Hypercall的实现机制115

4.2.2自定义Hypercall的方法118

4.2.3应用程序使用Hypercall的方法120

4.3事件通道121

4.3.1事件通道的初始化121

4.3.2事件通道的绑定122

4.3.3发送事件通知136

4.3.4事件通知的处理138

4.4数据共享142

4.4.1授权表（Grant table）142

4.4.2 XenStore和XenBus146

4.4.3分离设备驱动149

4.5本章小结154

第三篇 KVM虚拟化技术156

第5章qemu-kvm虚拟化解决方案156

5.1概述157

5.2内核模块组成概述158

5.2.1 KVM的内核模块结构158

5.2.2 Linux内核源码中的KVM160

5.3 KVM所提供的API162

5.3.1 KVM API纵览162

5.3.2 system ioctls调用163

5.3.3 vm ioctl系统调用164

5.3.4 vcpu ioctl系统调用165

5.4 KVM内核模块重要的数据结构168

5.4.1 KVM结构体168

5.4.2 kvm_vcpu结构体169

5.4.3 kvm_x86_ops结构体169

5.4.4 KVM API中重要的结构体171

5.5 KVM内核模块重要流程的分析173

5.5.1初始化流程173

5.5.2虚拟机的创建175

5.5.3 vCPU的创建177

5.5.4 vCPU的运行180

5.6 qemu-kvm软件架构分析184

5.6.1 QEMU的三种运行模式184

5.6.2 libvirt和virt-manager185

5.6.3 KVM的调试接口186

5.7本章小结187

第6章qemu-kvm原理与分析188

6.1 QEMU软件架构189

6.1.1 qemu-kvm的配置与编译189

6.1.2 qemu-kvm的架构与配置190

6.2 QEMU组件190

6.2.1模块模型190

6.2.2 libkvm模块193

6.2.3 virtio组件196

6.3基于KVM的QEMU PC Emulator199

6.3.1 KVM中的Machine模块199

6.3.2基于KVM加速支持的CPU虚拟化模块207

6.3.3虚拟机的内存管理216

6.3.4 I/O管理223

6.4本章小结225

第四篇 虚拟化软件开放接口228

第7章Xen API接口技术及实现228

7.1 Xen Management API接口概述229

7.2 XML-RPC工作原理230

7.2.1 XML-RPC概述231

7.2.2 XML-RPC请求232

7.2.3 XML-RPC响应234

7.3 Xen Managemnet API的实现236

7.3.1 C语言和Python语言的扩展与嵌入236

7.3.2 Xen Management API类的定义237

7.3.3 Xen Management API处理流程分析238

7.4本章小结242

第8章 libvirt虚拟化控制中间件243

8.1 libvirt概述244

8.1.1 libvirt简介及使用样例244

8.1.2基于libvirt所开发的开源应用245

8.1.3安装与配置245

8.2 libvirt架构与开发247

8.2.1 libvirt架构说明247

8.2.2 libvirt API控制接口250

8.2.3 libvirt的主机域管理254

8.2.4 libvirt的网络架构254

8.2.5 libvirt的存储管理256

8.3基于libvirt的XML配置解析256

8.3.1 XML配置格式简析256

8.3.2针对Xen的libvirt配置详解264

8.3.3针对KVM/QEMU的libvirt配置详解271

8.4本章小结282

参考文献283