openEuler 开源新项目、嵌入式实时虚拟机 ZVM 简介

（1）CPU虚拟化。CPU虚拟化模块的主要功能是为每个Guest OS的vCPU虚拟出一个单独的隔离上下文。每个vCPU均作为一个线程存在，由ZVM统一调度。为了提高vCPU的性能，ARM64架构为ZVM提供了VHE支持，VHE可以使Host OS迁移到EL2特权模式，而无需改变操作系统原有代码。VHE主要实现了ARM寄存器重定向，可以在不修改Zephyr RTOS内核代码的情况下，将其迁移EL2层开发ZVM，既降低了系统冗余，又提高了系统性能。

（2）内存虚拟化。内存虚拟化模块的主要作用是实现Guest OS间内存地址的隔离。系统需要隔离不同Guest OS的内存空间，监控Guest OS对实际物理内存的访问，以保护物理内存。为了实现该功能，ARM64提供了两阶段的地址查找策略。第一阶段是从Guest OS的虚拟地址到Guest OS的物理地址转换，第二阶段是从Guest OS的物理地址到Host OS的物理地址转化。ARM专门为第二阶段转换提供单独的硬件，以提高地址翻译性能。

（3）中断虚拟化模块。中断虚拟化使用ARM的通用中断控制器（GIC）设备，并基于该设备实现虚拟中断配置。Guest OS的中断统一路由到ZVM，然后ZVM会将它们分配给不同的vCPU。虚拟中断的注入通过GIC中的Virtual CPU接口或List Register具体实现。

（4）定时器虚拟化。定时器虚拟化为每个CPU定义了一组虚拟定时器寄存器，它们在预定时间后单独计数并抛出中断，由Host OS转发给Guest OS。同时，在Guest OS切换过程中，虚拟定时器会计算Guest OS的实际运行时间，并对Guest OS退出的时间进行补偿，为Guest OS提供定时器服务。

（5）设备虚拟化。在设备虚拟化方面，ZVM采用ARM中的Memory-Mapped I/O (MMIO)方法将设备地址映射到虚拟内存地址，构建虚拟设备空间，实现Guest OS对设备地址的访问。在具体实现上，ZVM统一构建一个虚拟的MMIO设备，在Guest OS创建过程中将该设备分配给指定的Guest OS，实现I/O虚拟化。此外，对一些非独占设备，ZVM使用设备直通的方式实现设备的访问。