嵌入式 Hypervisor：架構、原理與應用

孫陳偉 某大廠編譯器團隊資深編譯器開發工程師，曾任華為技術軟件公司資深軟件工程師，梅特勒托利多儀器（上海）有限公司嵌入式軟件工程師以及華東計算技術研究所嵌入式系統軟件工程師。有多年從事嵌入式系統開發工作的經驗，對嵌入式系統軟件（包括RTOS核心實作）、嵌入式Hypervisor核心設計等有著比較深入的理解。

目錄
前言
第1章　Hypervisor概述　/ 1
1.1　虛擬化技術與實現　/ 1
1.1.1　CPU虛擬化　/ 2
1.1.2　I/O虛擬化　/ 5
1.1.3　為什麼需要虛擬化技術　/ 6
1.1.4　虛擬化的實作　/ 8
1.2　面向桌面和企業雲的Hypervisor 類型和產品　/ 13
1.3　嵌入式Hypervisor　/ 14
1.3.1　嵌入式Hypervisor概述　/ 14
1.3.2　嵌入式Hypervisor的設計理念　/ 16
1.4　主流的嵌入式Hypervisor 產品　/ 19
1.4.1　國外RTOS廠商的Hypervisor產品　/ 19
1.4.2　開源嵌入式Hypervisor產品　/ 22
1.4.3　國內RTOS 廠商的Hypervisor 產品　/ 24
1.5　本章小結　/ 24
第2章　基於分離內核的嵌入式Hypervisor　/ 25
2.1　分區與分離核心　/ 25
2.2　嵌入式Hypervisor的實作方式　/ 28
2.2.1　基於分離內核的Hypervisor實作　/ 29
2.2.2　基於RTOS擴展的Hypervisor實作　/ 29
2.2.3　模組化開放軟件解決方案　/ 30
2.3　PRTOS Hypervisor　/ 31
2.3.1　PRTOS Hypervisor的架構　/ 31
2.3.2　PRTOS對處理器的功能需求　/ 34
2.3.3　PRTOS Hypervisor的多核心支援　/ 34
2.3.4　PRTOS的安全性和可預測性　/ 35
2.3.5　PRTOS系統的狀態轉換流程　/ 36
2.4　本章小結　/ 40
第3章　嵌入式Hypervisor元件設計　/ 41
3.1　硬件依賴層　/ 41
3.1.1　硬件資源虛擬化　/ 41
3.1.2　處理器驅動　/ 43
3.1.3　時鐘驅動　/ 46
3.1.4　定時器驅動　/ 48
3.1.5　中斷控制器驅動　/ 50
3.1.6　頁式內存管理驅動　/ 54
3.1.7　控制臺驅動　/ 57
3.1.8　分區上下文切換　/ 58
3.2　虛擬化服務層　/ 59
3.2.1　虛擬中斷服務　/ 59
3.2.2　虛擬時鐘與虛擬定時器服務　/ 59
3.2.3　虛擬內存管理服務　/ 60
3.2.4　虛擬設備管理服務　/ 61
3.2.5　健康監控管理服務　/ 61
3.2.6　虛擬處理器調度服務　/ 62
3.2.7　分區管理服務　/ 63
3.2.8　分區間通訊服務　/ 64
3.2.9　超級呼叫派發服務　/ 65
3.2.10　追蹤管理服務　/ 66
3.3　內部服務層　/ 66
3.3.1　KLIBC　/ 66
3.3.2　分區引導程式　/ 67
3.3.3　佇列操作資料結構　/ 67
3.4　超級呼叫接口函數庫　/ 69
3.5　本章小結　/ 69
第4章　中斷隔離技術的設計與實作　/ 70
4.1　中斷模型　/ 70
4.2　核心中斷設計　/ 72
4.3　分區中斷設計　/ 74
4.3.1　分區中斷處理流程　/ 75
4.3.2　分區陷阱表的初始化　/ 76
4.3.3　分區中斷描述子表的初始化　/ 77
4.4　虛擬時鐘與虛擬定時器　/ 78
4.4.1　虛擬時鐘　/ 78
4.4.2　虛擬定時器　/ 81
4.5　BAIL　/ 84
4.5.1　BAIL概述　/ 84
4.5.2　裸機應用範例　/ 85
4.6　實驗：虛擬時鐘與虛擬定時器範例　/ 87
4.6.1　分區0的裸機應用　/ 88
4.6.2　分區1的裸機應用　/ 89
4.7　本章小結　/ 91
第5章　內存隔離技術的設計與實作　/ 92
5.1　PRTOS核心的工作模式　/ 92
5.1.1　X86處理器的特權模式　/ 93
5.1.2　PRTOS核心與分區的實作方式　/ 93
5.1.3　PRTOS內核空間的初始化　/ 93
5.2　處理器的內存管理模型　/ 96
5.2.1　PRTOS的虛擬位址空間分配　/ 97
5.2.2　PRTOS分區內存的虛擬化　/ 98
5.2.3　PRTOS分區內存的虛擬化實作　/ 99
5.3　PRTOS內存管理的虛擬化　/ 102
5.4　實驗：分區內存隔離範例　/ 104
5.4.1　分區0的裸機應用　/ 106
5.4.2　分區1的裸機應用　/ 106
5.4.3　分區2的裸機應用　/ 107
5.5　本章小結　/ 109
第6章　循環表調度器的設計與實作　/ 110
6.1　PRTOS調度器概述　/ 110
6.1.1　單處理器調度策略　/ 110
6.1.2　多處理器調度策略　/ 113
6.2　循環表調度器的資料結構與實作　/ 115
6.2.1　核心執行緒資料結構　/ 115
6.2.2　Per-CPU資料結構　/ 120
6.2.3　調度器框架　/ 121
6.2.4　循環表調度器的實作　/ 123
6.2.5　核心執行緒上下文的切換　/ 126
6.3　分區與虛擬處理器管理　/ 128
6.4　實驗：分區調度範例　/ 129
6.4.1　單核心多分區調度策略範例　/ 130
6.4.2　多核心多分區調度策略範例　/ 133
6.5　本章小結　/ 135
第7章　健康監控的設計與實現　/ 136
7.1　健康監控的目的　/ 136
7.2　健康監控的實現　/ 137
7.2.1　健康監控事件　/ 138
7.2.2　健康監控行為　/ 139
7.2.3　健康監控配置　/ 140
7.2.4　健康監測日誌　/ 143
7.3　分層健康監控的實現　/ 144
7.3.1　Hy