服務(wù)器和桌面機(jī)虛擬化一直占據(jù)有相當(dāng)大的版面，隨著云計(jì)算和存儲(chǔ)的興起，虛擬化技術(shù)更 被熱捧，還有一種虛擬化技術(shù)發(fā)展迅猛--嵌入式虛擬化。嵌入式虛擬化是指嵌入式系統(tǒng)中部署虛擬機(jī)監(jiān)控程序。盡管嵌入式設(shè)備一直受到嚴(yán)格的資源限制，但今天 的設(shè)備范圍廣泛--從擁有服務(wù)器級(jí)功能（比如對(duì)虛擬化的硬件支持）的強(qiáng)大處理器到擁有計(jì)較少容量和資源的功耗優(yōu)化系統(tǒng)。如果向嵌入式系統(tǒng)添加一個(gè)虛擬機(jī)監(jiān) 控程序，將添加靈活性和一些高級(jí)功能，將嵌入式設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N新型系統(tǒng)。
嵌入式領(lǐng)域包含幾個(gè)有用的虛擬化應(yīng)用領(lǐng)域：移動(dòng)設(shè)備、安全性內(nèi)核和并發(fā)性嵌入式操作系統(tǒng)。本文介紹了智能終端中虛擬化技術(shù)的應(yīng)用。
（一）虛擬化技術(shù)概述
虛擬化是指計(jì)算機(jī)軟件在一個(gè)虛擬的平臺(tái)上而不是真實(shí)的硬件平臺(tái)上運(yùn)行。虛擬化技術(shù)可以 擴(kuò)大硬件的容量，簡(jiǎn)化軟件的重新配置過(guò)程。其中CPU的虛擬化可以單CPU模擬多CPU并行運(yùn)行，允許一個(gè)平臺(tái)同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，并且應(yīng)用程序可以在 相互獨(dú)立的空間內(nèi)運(yùn)行而互不影響。虛擬化技術(shù)在降低硬件成本的同時(shí)，還可以顯著提高系統(tǒng)的工作效率和安全性。
虛擬化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)通常是在操作系統(tǒng)和硬件之間加入一個(gè)虛擬機(jī)監(jiān)控程序，稱為 Hypervisor。由Hypervisor主要負(fù)責(zé)各個(gè)操作系統(tǒng)之間的硬件資源協(xié)調(diào)。虛擬機(jī)監(jiān)控程序是一種特殊操作系統(tǒng)，直接在裸機(jī)上 運(yùn)行（針對(duì)完全虛擬化技術(shù)）。虛擬機(jī)監(jiān)控程序創(chuàng)建一個(gè)底層硬件平臺(tái)抽象，一個(gè)或多個(gè)虛擬機(jī)（VM）共享這個(gè)底層硬件平臺(tái)。在這種環(huán)境中，VM 只是操作系統(tǒng)及其應(yīng)用程序的容器，一個(gè) VM 與虛擬機(jī)監(jiān)控程序上運(yùn)行的其他 VMs 隔離，這支持多個(gè)操作系統(tǒng)或多個(gè)配置不同的相似操作系統(tǒng)。
智能終端虛擬化技術(shù)也是通過(guò)Hypervisor來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)操作系統(tǒng)的硬件資源共享�，F(xiàn)有的虛擬化技術(shù)方案主要有VirtualLogix的VLX、Open Kernel Labs的OKL4等，這些技術(shù)方案雖然實(shí)現(xiàn)了不同的Hypervisor，但總體結(jié)構(gòu)相似。
（二）智能終端領(lǐng)域的虛擬化
虛擬化技術(shù)使得軟件和硬件通過(guò)虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了較松的耦合，系統(tǒng)軟件只需要實(shí)現(xiàn)很少的 改動(dòng)就能移植到新的硬件平臺(tái)上。智能終端可以在虛擬平臺(tái)上運(yùn)行多個(gè)相互隔離的操作系統(tǒng)，提高手機(jī)系統(tǒng)的安全性。如將重要數(shù)據(jù)和安全需求高的應(yīng)用專門隔離保 護(hù)起來(lái)，即使某操作系統(tǒng)上的應(yīng)用軟件甚至整個(gè)智能操作系統(tǒng)因中毒等崩潰，虛擬化技術(shù)可以將重要數(shù)據(jù)隔離保護(hù)起來(lái)。另外虛擬化技術(shù)還可能減少硬件成本，如果 一顆CPU計(jì)算能力足夠，可以在一顆CPU上模擬多顆邏輯CPU的執(zhí)行，將智能操作系統(tǒng)和基帶的RTOS運(yùn)行在同一個(gè)CPU上，減少主芯片數(shù)量，節(jié)約大量 成本。多核平臺(tái)中也可以通過(guò)將CPUs虛擬成虛擬CPU池，所有軟件部分都通過(guò)虛擬化技術(shù)共享這些硬件資源。
如果虛擬化技術(shù)在嵌入式領(lǐng)域高度發(fā)展，應(yīng)該可以實(shí)現(xiàn)軟硬件的極松耦合--所有軟件（操作系統(tǒng)，WIFi、藍(lán)牙等微控制程序）共享硬件平臺(tái)、運(yùn)行在虛擬硬件層，邏輯硬件間形成統(tǒng)一的邏輯接口，硬件平臺(tái)支持方便的替換、升級(jí)。那時(shí)，智能終端將可任意定制。
（三）ARM架構(gòu)上基于OKL4的Android虛擬化
OKL4是Open Kernel Labs公司的一款虛擬化產(chǎn)品，作為針對(duì)嵌入式系統(tǒng)的Hypervisor，OKL4支持經(jīng)過(guò)虛擬化處理的操作系統(tǒng)（包括智能操作系統(tǒng)和RTOS），一些 操作系統(tǒng)的內(nèi)核組件也進(jìn)行虛擬化處理，獨(dú)立運(yùn)行在OKL4的輕量級(jí)執(zhí)行環(huán)境下。OKL4既支持粗粒度的操作系統(tǒng)虛擬機(jī)，又支持細(xì)粒度的輕量級(jí)執(zhí)行環(huán)境。驅(qū) 動(dòng)程序或文件系統(tǒng)等內(nèi)核組件可直接運(yùn)行在輕量級(jí)執(zhí)行環(huán)境中，其它子系統(tǒng)可以共享該組件，提高了系統(tǒng)的安全性，也提高代碼的復(fù)用率。
虛擬機(jī)VMM（虛擬機(jī)監(jiān)控器）運(yùn)行在物理CPU的最高特權(quán)級(jí)，對(duì)物理資源虛擬的三個(gè)主要任務(wù)：處理器虛擬化、內(nèi)存虛擬化和I/O虛擬化。本節(jié)通過(guò)CPU虛擬化、內(nèi)存虛擬化介紹ARM架構(gòu)上基于OKL4的虛擬化Android。
1，CPU虛擬化的設(shè)計(jì)
OKL4 Hypervisor運(yùn)行在特權(quán)級(jí)（6 種特權(quán)模式）上，負(fù)責(zé)管理CPU資源，負(fù)責(zé)虛擬機(jī)的調(diào)度和切換，而輕量級(jí)執(zhí)行環(huán)境和虛擬機(jī)均位于用戶模式下，使用OKL4提供的IPC機(jī)制進(jìn)行通信。
在基于OKL4的虛擬化Android系統(tǒng)中，當(dāng)Android試圖訪問(wèn)CPU寄存器 時(shí)，該請(qǐng)求不會(huì)真正發(fā)生在物理寄存器上，相反，OKL4會(huì)將訪問(wèn)定位到“虛擬寄存器”。根據(jù)不同的處理器體系結(jié)構(gòu)，OKL4定義了一套存放在內(nèi)存中的“虛 擬寄存器”，這些虛擬寄存器作為線程的本地變量位于線程的用戶線程控制塊中。通過(guò)“虛擬寄存器”，Android不會(huì)訪問(wèn)到真實(shí)的物理資源，從而實(shí)現(xiàn)了操 作系統(tǒng)與CPU資源的隔離。
2，虛擬內(nèi)存管理
在OKL4虛擬化系統(tǒng)中，Android操作系統(tǒng)使用的內(nèi)存地址空間其實(shí)是OKL4建 立的虛擬地址空間，是由一些物理內(nèi)存映射而生成的虛擬內(nèi)存。在OKL4 Hypervisor啟動(dòng)時(shí)，一個(gè)稱為__okl4_environ的全局變量會(huì)被初始化，__okl4_environ的成員 okl4_virtmem_item為一個(gè)結(jié)構(gòu)體數(shù)組，它代表了各個(gè)虛擬化子系統(tǒng)（包括操作系統(tǒng)和虛擬化組件）的虛擬內(nèi)存地址空間。子系統(tǒng)可以通過(guò) OKL4提供的接口OKL4_ENV_GET_ STATIC（）訪問(wèn)該結(jié)構(gòu)體數(shù)組，獲取虛擬內(nèi)存地址。
