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操作系统虚拟化在智能手机中应用 高晓亮 瑞典Enea 软件公司 操作系统虚拟化Hypervisor 技术是近几年操作系统领域的一个重要发展方向，根据其使用场 景一般分为两大领域：服务器领域和嵌入式领域。从目前发展看这两个领域的技术既有交叉又有 不同。随着目前智能手机技术的飞速发展，尤其是双核、四核甚至更多核的处理器方案不断应用 到智能手机上。从软件角度看智能手机业务需求更加复杂，同时对安全的关注更为迫切，而引出 对虚拟化Hypervisor 技术的需求。 我们来简单回顾一下手机技术的发展历史：最初的手机是为打电话而设计的，在硬件方案上 以DSP 为主，负责通讯协议的处理并为用户提供打电话所需要的基本功能。这个阶段的手机软件 比较简单，一般会附带一个单色的LCD 显示屏，用于显示电话和短信信息。GPRS 等早期数据业务 的应用为手机在技术上从传统电话功能向数据业务转变提供了技术基础。为了支持数据业务，手 机硬件上已经广泛采用功能更强的ARM+DSP 方案。软件上也基于ARM 处理器设计出更多的应用 程序来满足使用者需求，例如我们经常使用的WAP ，MMS 等业务。这也就是我们常说Feather Phone 方案。 3G 技术提供了手机宽带上网能力，同时以Android ，iPhone 等智能手机平台带来的前所未有 的用户体验。电话功能不再是手机的主要功能，和其他硬件设备一样作为应用处理器的一个外设 使用。同时采用业界标准的通讯接口更加方便的将通讯功能和业务应用独立开来，手机迎来了新 的革命时期。随着智能手机功能和传统PC 功能的不断融合，我们对智能手机的性能要求不断提 高，更快，更强，更安全同时还有更长的待机和使用时间。这些相对矛盾的需求都聚集在一个手 掌大小的手机上，如何同时满足这些使用需求呢？将嵌入式领域的Hypervisor 虚拟化技术引入到 智能手机上将是一个不错的选择。 为了提供更好的用户体验，更快的运行大型程序。智能手机不仅采用了 1GHz 以上的处理器， 同时双核方案已经大规模商用，可以预见明年四核方案将会普及。在内存方面1GB 以上的内存已 经成为智能手机的标配。同时包括四寸以上大屏以及各种各样的硬件加速器，传感器都应用到智 能手机上。这些带来优秀用户体验的同时严重影响了智能手机的电池续航时间，甚至一天要充两 次电才能满足使用需求。 根据用户对智能手机的使用习惯分析，用户使用不同业务时对处理器性能有不同的要求，例 如手机待机时和运行网络游戏时对处理器资源需求有很大差别，不同使用场景落实到具体手机消 耗电流可能相差数十倍。如果能在多核平台上做到负载均衡机制，不浪费额外的电能将大大提高 手机电池的续航时间。是的，Hypervisor 虚拟化技术可以解决这个问题。例如对于一个双核平台， 通过Hypervisor 技术将两个物理内核虚拟为两个逻辑内核提供给操作系统。Hypervisor 根据用户 当前使用场景对处理器性能的需求可以动态的分配一个或者两个实际的物理内核使用。这些对 Linux 本身是透明的，也就是说对Linux 以及上面的业务应用都是不可见的。当业务负载较轻时可 以将一个物理内核下电，只保留一个物理内核使用。负载重时才将两个核同时用起来，配合较成 熟的动态调频DFS 功能可以大大的降低手机使用功耗，延长电池续航时间。 Android Linux Kernel SMP 逻辑核A 逻辑核B Hypervisor 物理核A 物理核B 处理器CPU 随着技术的发展通讯制式也不断演进，目前UMTS 制式的智能手机普遍要求同时支持GSM、 GPRS、EDGE、WCDMA 、HSPA 和必威体育精装版的LTE 通讯制式。如何在同一手机平台中继承原有稳定的协 议栈，又要快速支持新的协议栈，同时避免不同协议栈之间的耦合产生的兼容性问题。用 Hypervisor 技术，将原有稳定的协议栈和其RTOS 一并迁移到Hypervisor 上。只需要Hypervisor 虚 拟出原有RTOS 需要的硬件环境，而对RTOS 本身和其承载的协议软件不需要任何修改。同时根据 资源分配原则使各个协议栈子系统相对独立。既可以快速继承原有协议栈，又避免了各个协议栈 之间的干扰。 协议