“Survey of System Virtualization Techniques” by Robert Rose のまとめ大山恵弘 2004年10月5日はじめの言葉講義レポートのようなサーベイだが、役に立つ内容もありそうなので、一応チェック複数の計算機システムを持つ利点隔離  バグのあるアプリケーションの影響が他のアプリケーションにおよばないようにする性能  アプリケーションをそのためのシステムに置くことにより、資源に独占的にアクセスできる本論文で扱う二つのトレンド Full system virtualization  全ハードウェアアーキテクチャを模擬 Paravirtuailzation  OSを書き換える Formal Requirements for a Virtualizable Computer Architecture Popek and Goldberg 1974, “For any computer a virtual machine monitor may be constructed if the set of sensitive instructions for that computer is a subset of the set of privileged instructions” 簡単に言えば「特権命令はトラップする」ゲストVMが特権命令を実行しようとしたら、プロセッサはVMMに制御を戻す IA-32はこれを満たさない VMMの3つの本質的特徴 VMM上で動く任意のプログラムは、実機上で走った場合と同じ効果を示す  タイミングをのぞく仮想プロセッサ命令の統計的に支配的な部分集合は実プロセッサで直接実行される  つまりエミュレータとはちがうということ VMMはシステム資源を完全に制御する  VMはVMMを経由せずに直接資源をアクセスできないこれらの特徴は、満たすのが難しいor望ましくないとわかりつつある Full System Virtualization 最初のfull system virtualization system: CP-67 on IBM 360/67 mainframe  各ユーザに完全な仮想的なSystem/360を見せた遅いので、IBMは仮想化支援のための特殊なアーキテクチャを持つ計算機を作ると決めた → VM/370で初めて実現 IA-32の仮想化なぜ難しいか？特権モードでなくても実行できるのに、システムの安定性に被害を与える命令群がある  Open platform   非常に多数のデバイスとデバイスドライバがある Robin and Irvine’s Analysis on IA-32 Non-sensitive, non-privileged instructions may be run directly on the processor Sensitive, privileged instructions trap Sensitive, non-privileged instructions detected  17 “problem instructions”  sensitiveなのにtrapしない Virtualizing IA-64 Some groups are beginning to assess the IA-64 platform’s ability to host virtual machines HPはすでにHP/UXとLinuxを仮想化するIA-64 フレームワークを開発した  Windows Server版の作業は開始しようとしている仮想化の最大の問題はデバイスの多さ IA-64にあってIA-32にない重要な特徴 Ring compression ゲストVMはVMMより高いリングで走る  IA-64では、高いリングのトラップを低いリングが捕捉できる  Full System Virtualizationの欠点プロセッサが仮想化を意識していないので、仮想化のためにはspecial tricksが必要仮想記憶管理（VM/370では“shadow mapping”と言われている）を効率的に仮想化することはすごく難しい   特にIA-32では Denaliでは仮想記憶を廃止した仮想記憶管理の問題 intercept all virtual memory calls to the CPU translate “virtual machine” space into the system’s real space using yet another page table retrieve the memory return the memory to the virtual machine Paravirtualization Denaliのおもしろいところ  Idle loops    Interrupt queueing     VM内でbusy waitすることの回避策 “Idle” instructionを呼ぶと他のVMに制御が移る割り込みがきたときに、すぐにそれをVMに渡さない割り込みをキューイング割り込みを渡すべきVMが次にスケジュールされたら渡す Interrupt semantics   割り込みセマンティクスの変更タイマなどに影響 Denali No virtual memory 各VMをsingle address spaceに制限  「各VM上では少数のアプリケーションだけを動かすのでいいのだ」と正当化  No BIOS  システム情報を読み出し専用仮想レジスタで提供 Denali 汎用I/Oデバイス汎用デバイスの小さな集合だけを上に見せる  ゲストOSの性能が大きく向上する  Xen’s Approach to Paravirtualizing the IA-32 architecture ページテーブル   各VMはハードウェアページテーブルを読み出し専用でしかアクセスできないページテーブルの更新はキューイングされてVMMによって処理されるゲストVMはVMMよりも一つ低いリングで走るゲストOSがトラップハンドラをVMMに登録ゲストOSがシステムコールハンドラをプロセッサに直接登録 Xen No hardware interrupts  Hardware interruptは軽量なイベントシステムで置き換えられる Generic Devices  Denaliと同じく、XenはゲストVMに高速な汎用デバイスの小さい集合のみを提供