5-RV23-虚拟化扩展的设计和技术规划.pdf

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1、香山昆明湖架构虚拟化扩展的设计和技术规划裴晓坤1徐泽凡21中国科学院大学2中国科学技术大学2023 年 8 月 24 日第三届 RISC-V 中国峰会中国科学院计算技术研究所(ICT,CAS)2 2目录 虚拟化技术 RISC-V虚拟化扩展 香山虚拟化扩展设计思路 香山虚拟化扩展功能验证 总结与展望中国科学院计算技术研究所(ICT,CAS)3 3目录 虚拟化技术 虚拟化技术的概念 虚拟化技术的分类 虚拟机管理程序 RISC-V虚拟化扩展 香山虚拟化扩展设计思路 香山虚拟化扩展功能验证 总结与展望中国科学院计算技术研究所(ICT,CAS)4 4虚拟化技术概念 一种资源管理技术 单台计算机中的硬件资

2、源划分为名为虚拟机(VM)的多个虚拟计算机 常见的虚拟化技术中国科学院计算技术研究所(ICT,CAS)5 5虚拟化技术分类 根据虚拟化程度，可以将虚拟化分为以下几类操作系统级虚拟化全虚拟化半虚拟化混合虚拟化硬件辅助软件实现半虚拟化硬件辅助虚拟化中国科学院计算技术研究所(ICT,CAS)6 6虚拟化技术分类 根据虚拟化程度，可以将虚拟化分为以下几类操作系统级虚拟化全虚拟化半虚拟化混合虚拟化硬件辅助软件实现半虚拟化硬件辅助虚拟化中国科学院计算技术研究所(ICT,CAS)7 7虚拟化技术虚拟机管理程序 虚拟机管理程序（VMM，也称 Hypervisor）分为两种：Type-1，native or b

3、are-metal hypervisors：在裸机运行 Type-2 or hosted hypervisors：在操作系统上运行Hardware HypervisorGuest OSGuest OSGuest OSAppAppAppAppAppAppType-1Hardware Host OSGuest OSGuest OSAppAppAppAppAppAppType-2Hypervisor中国科学院计算技术研究所(ICT,CAS)8 8目录 虚拟化技术 RISC-V虚拟化扩展 内容介绍 支持情况 香山虚拟化扩展设计思路 香山虚拟化扩展功能验证 总结与展望中国科学院计算技术研究所(ICT,C

4、AS)9 9RISCV虚拟化扩展内容 CPU虚拟化 特权级拓展 CSR拓展 指令拓展 Trap拓展 内存虚拟化 两阶段地址翻译：客户机的地址翻译、主机的地址翻译客户机虚拟地址客户机物理地址主机物理地址客户机地址翻译主机地址翻译中国科学院计算技术研究所(ICT,CAS)1010RISCV虚拟化拓展支持情况 软件层面支持：模拟器：QEMU、Spike Hypervisor：KVM、Xvisor、Bao等硬件层面支持：开源：Rocket chip、NOEL-V、CVA6 商业：赛昉的昉天枢、SiFive 的 P 系列等中国科学院计算技术研究所(ICT,CAS)1111目录 虚拟化技术 RISC-V虚

5、拟化扩展 香山虚拟化扩展设计思路 CPU虚拟化 内存虚拟化 香山虚拟化扩展功能验证 总结与展望中国科学院计算技术研究所(ICT,CAS)1212香山虚拟化扩展设计CPU虚拟化 特权级 新增V位，区分VS和HS、VU和UHypervisor CSRhstatus、hedeleg、hideleg、hvip、hip、hie、hgatp等Virtual Supervisor CSRvsstatus、vsip、vsie、vstvec、vsepc、vsatp等Machine CSRmstatus、mideleg、mip、mie、mtval2（新增）、mtinst（新增）Hypervisor指令访存指令HL

6、V.width、HLVX.HU/WU、HSV.widthFence指令HFENCE.VVMA/GVMA Trap 增加VS级陷入陷出的处理 CSR寄存器MSUMHSVSUVU新增中断VS software interrupt、VS timer interrupt、VS external interrupt、Supervisor guest external interrupt新增异常Environment call from VS-mode、Instruction guest-page fault、Load guest-page fault、Virtual instruction、Store/