[发明专利]一种基于虚拟机的实时通信系统

摘要

一种基于虚拟机的实时通信系统，包括Windows SMP通信虚拟机、虚拟机监控软件、物理设备单元、实时通信虚拟机；针对Windows无法满足实时应用需求的问题，通过在多核处理器上静态地建立Windows SMP虚拟机和实时通信虚拟机，为Windows SMP虚拟机和实时通信虚拟机分配独立的内核，将实时通信网卡绑定到分配给实时虚拟通信机的物理处理器核上的方法可以实现满足应用程序要求的Windows的实时扩展。

主权项

一种基于虚拟机的实时通信系统，其特征在于：包括Windows对称多处理系统SMP通信虚拟机单元、虚拟机监控软件VMM单元、物理设备单元、实时通信虚拟机单元；实时通信虚拟机包括实时协议栈模块、实时通信设备管理模块、实时通信内存管理模块；Windows SMP通信虚拟机单元，包括应用程序模块、Windows内存管理模块和Windows设备管理模块；虚拟机监控软件包括初始化模块、第一存储管理模块、第一设备管理模块、第二存储管理模块、第二设备管理模块；物理设备单元，包括实时通信网卡、内存、非实时通信网卡以及其它接入设备；Windows SMP通信虚拟机单元的应用程序模块产生对Windows设备的操作指令及通信数据，将对Windows设备的操作指令传送给Windows设备管理模块，将通信数据传送给Windows内存管理模块；同时应用程序模块接收Windows内存管理模块发送过来的实时通信数据；Windows设备管理模块接收应用程序模块对Windows设备的操作指令后，将该操作指令传送给虚拟机监控软件的第一设备管理模块；Windows内存管理模块接收应用程序模块产生的通信数据后，将实时通信数据转发给虚拟机监控软件的第一存储管理模块，Windows内存管理模块从非实时通信网卡中提取从千兆以太网接收的非实时通信数据，储存在该Windows内存管理模块；同时Windows内存管理模块接收虚拟机监控软件的第一存储管理模块发送的实时通信数据；虚拟机监控软件的初始化模块首先为第一存储管理模块和第一设备管理模块、第二存储管理模块和第二设备管理模块进行初始环境设置，即在运行该基于虚拟机的实时通信系统时，初始化模块从Windows中根据实际需求释放设定数量的内存以及实时通信网卡，并且初始化模块为Windows SMP通信虚拟机和实时通信虚拟机分别分配独立的CPU内核，将从Windows中释放的实时通信网卡绑定到分配给实时虚拟通信机的CPU内核上，将除实时通信网卡外的Windows未释放的全部输入输出设备静态分配给Windows SMP虚拟机；第一设备管理模块，在初始环境设置后，等待接收Windows设备管理模块发送过来的对Windows设备的操作指令，并进行安全性检查，如果该操作指令是对实时通信网卡发出的操作指令，则截获该操作指令，跳过这些指令的执行，完成实时通信网卡与CPU的隔离，如果接收Windows设备管理模块发送过来的对Windows设备的操作指令是对物理设备单元中除实时通信网卡外的接入设备发出的操作指令，则将该操作指令发送给物理设备单元的该操作指令控制的相应设备；第一存储管理模块设置影子页表的访问权限来实现存储保护机制，第一存储管理模块将物理内存的一个物理页表映射到两个虚拟地址的地址空间来实现共享内存机制；Windows SMP通信虚拟机运行时，在CPU的页表基地址寄存器CR3中装载影子页表的基地址，使用装载基地址的影子页表对CPU的所有线性地址访问转换进行寻址，以捕获装载基地址的影子页表缺页异常、影子页表虚拟化INVLPG指令和转移到CPU的页表基地址寄存器指令Mov to CR3指令后，通过缺页异常查找Windows SMP的页表，以确定发生缺页异常的线性地址对应的物理地址所在的页表项，根据页表项的访问权限确定该缺页异常的种类，如果该异常为影子页表异常，则第一存储管理模块根据Windows SMP页表项的内容生成或更新相应的影子页表项，实现影子页表的更新；如果第一存储管理模块捕获INVLPG指令，将该INVLPG指令对应的影子页表清空，实现影子页表的更新；如果第一存储管理模块捕获Mov to CR3指令，将影子页表全部置为无效，实现影子页表的更新；第一存储管理模块接收Windows内存管理模块发送过来的实时通信数据，通过影子页表的更新实现通信数据的更新，以共享内存的方式更新的 通信数据存入物理设备单元的内存中；同时第一存储管理模块接收物理设备单元的共享内存中的实时通信数据；物理设备单元的非实时通信网卡如果接收到第一设备管理模块发来的对物理设备单元的非实时通信网卡发出的操作指令，则从Windows内存管理模块接收通信数据；物理设备单元的内存，通过共享内存方式存储需要进行实时通信的数据，物理设备单元的内存将第一存储管理模块发送过来的实时通信数据送至第二存储管理模块；同时，物理设备单元的内存将第二存储管理模块发送过来的实时通信数据送至第一存储管理模块；第二存储管理模块，设置页表的访问权限来实现存储保护机制，第二存储管理模块将一个物理页表映射到两个虚拟地址的地址空间来实现共享内存机制，第二存储管理模块，通过存储保护机制和共享内存机制从物理设备单元的共享内存中存取实时通信数据，转发给实时通信虚拟机的实时通信内存管理模块；同时，第二存储管理模块将从实时通信内存管理模块接收到的实时通信数据以共享内存机制和存储保护机制存入物理设备单元的内存中；实时通信内存管理模块将从第二存储管理模块接收的实时通信数据发送至实时协议栈模块，同时实时通信内存管理模块将实时通信协议栈中的实时通信数据传送给虚拟机监控软件单元的第二存储管理模块；实时通信协议栈模块以IMAGE的文件格式，被虚拟机监控软件加载运行，接收实时通信内存管理模块发送过来的实时通信数据，将该实时通信数据根据协议栈逐层解包，以查询是否存在数据发送请求，如果存在，则协议栈模块对解包后的实时通信数据封装，传送给实时通信设备管理模块；同时实时通信协议栈模块接收实时通信设备管理模块转发的实时通信数据给实时通信内存管理模块；实时通信设备管理模块，接收实时通信协议栈中的实时通信数据，将该实时通信数据对Windows设备的操作指令传送给虚拟机监控软件的第二设 备管理模块，将实时通信数据传送给实时通信网卡；同时，实时通信设备管理模块接收实时通行网卡发送过来的实时通信数据；第二设备管理模块，在初始环境设置后，等待接收实时通信设备管理模块发送过来的对Windows设备的操作指令，并进行安全性检查，如果该操作指令是对实时通信网卡发出的操作指令则运行该操作指令，将该操作指令发送给实时通信网卡，完成实时通信网卡与CPU的隔离，如果该操作指令是对物理设备单元中除实时通信网卡外的接入设备发出的操作指令，则截获该操作指令，跳过这些指令的执行，使这些操作指令不影响Windows SMP通信虚拟机的工作；实时通信网卡如果接收到第二设备管理模块的操作指令，则接收实时通信设备管理模块发送过来的实时通信数据，转发到以太网上；同时实时通信网卡接收以太网上的实时通信数据发送给实时通信设备管理模块。