平臺虛擬化專利技術(shù)綜述

陳安安 王婧陽 許光華

(國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心，湖北武漢 430070)

平臺虛擬化專利技術(shù)綜述

陳安安 王婧陽 許光華

(國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心，湖北武漢 430070)

本文在分析虛擬化基本含義的基礎(chǔ)上，對虛擬化關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了綜述，從CPU虛擬化、內(nèi)存虛擬化以及I/O接口虛擬化三個(gè)方面對國內(nèi)外有關(guān)虛擬化的關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析。

平臺虛擬化；CPU虛擬化；內(nèi)存虛擬化；I/O接口虛擬化

目前，虛擬化技術(shù)深入到計(jì)算機(jī)應(yīng)用的方方面面，從平臺虛擬化到資源虛擬化再到應(yīng)用虛擬化、桌面虛擬化都呈現(xiàn)出一片繁榮景象。虛擬化是一種從邏輯角度來分配不同物理資源的方法，它將計(jì)算機(jī)中的各種實(shí)體資源，如CPU、內(nèi)存、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)等，予以抽象，打破了實(shí)體結(jié)構(gòu)間的不可分割性，使用戶可以以比原本的組態(tài)更好的方式來應(yīng)用這些資源。

1 平臺虛擬化專利的申請情況分析

本章主要對平臺虛擬化技術(shù)的國內(nèi)、外專利年申請量發(fā)展趨勢、專利申請區(qū)域分布情況和國內(nèi)、外專利重要申請人進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從中得到技術(shù)發(fā)展趨勢。

1.1 專利申請量趨勢分析

本節(jié)從平臺虛擬化領(lǐng)域?qū)＠暾埬晟暾埩糠矫孀鲞M(jìn)一步分析，平臺虛擬化技術(shù)從上世紀(jì)80年代開始起步，到21世紀(jì)初，該技術(shù)領(lǐng)域的專利申請量呈現(xiàn)出持續(xù)快速增長的態(tài)勢。在平臺虛擬化技術(shù)領(lǐng)域，國內(nèi)與全球的專利年申請量發(fā)展走勢大體上相同，細(xì)微處有差別，這說明國內(nèi)在該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展與國際基本接軌。其中全球申請量從2000年開始，雖然個(gè)別年份兒存在小幅度下滑情況，但整體上仍呈現(xiàn)快速增長的態(tài)勢，到2013年全球申請量達(dá)到峰值，并在2015年出現(xiàn)大幅度回落現(xiàn)象。

1.2 專利申請產(chǎn)出國申請量分布

本節(jié)從平臺虛擬化領(lǐng)域?qū)＠暾埉a(chǎn)出國方面做進(jìn)一步分析，從全球平臺虛擬化專利申請國家分布圖中可以得出，美國的相關(guān)專利申請量最大，申請數(shù)量比重達(dá)到52%，其次是中國，再次是日本。這說明美國和中國在平臺虛擬化領(lǐng)域中占據(jù)著極其重要的角色，處于領(lǐng)先地位。

1.3 重要申請人分布

本節(jié)從平臺虛擬化領(lǐng)域重要申請人方面做進(jìn)一步分析，主要考慮申請人的申請總量，按照申請總量進(jìn)行排名。排名前五的依次為INT BUSINESS MACHINES CORP（國際商業(yè)機(jī)器）、VMWARE INC（威睿）、HITACHI LTD（日立）、INTEL CORP（英特爾）、HUAWEI TECHNOLO?GIES CO LTD（華為）。從重要申請人分布來看，在國外申請中申請量較大的集中在大型跨國公司。由此可以看出，平臺虛擬化技術(shù)的技術(shù)門檻在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域相對較高，中小企業(yè)很難在此領(lǐng)域占領(lǐng)一席之地。此外，美國的IBM、威睿、英特爾在平臺虛擬化領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，進(jìn)一步驗(yàn)證了上一節(jié)國別統(tǒng)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2 平臺虛擬化技術(shù)演進(jìn)路線分析

為了能夠更加全面詳細(xì)地了解平臺虛擬化技術(shù)，下面將該技術(shù)從CPU虛擬化、內(nèi)存虛擬化和I/O虛擬化三個(gè)技術(shù)分支進(jìn)行演進(jìn)路線分析，重點(diǎn)分析了各個(gè)分支的在不同發(fā)展時(shí)期的關(guān)鍵專利，形成了平臺虛擬化技術(shù)演進(jìn)路線圖。

（1）CPU虛擬化為每個(gè)虛擬機(jī)提供一個(gè)或多個(gè)虛擬CPU，多個(gè)虛擬CPU分時(shí)復(fù)用物理CPU，任意時(shí)刻一個(gè)物理CPU只能被一個(gè)虛擬CPU使用。1987年智能機(jī)器公司申請的專利（申請?zhí)朇N87106067）公開了一種通過向大量用戶分配并行計(jì)算機(jī)資源以提高并行計(jì)算機(jī)利用率的方法和裝置，該申請?jiān)试S由處理機(jī)陣列中的每個(gè)實(shí)際處理機(jī)對其它并行處理機(jī)進(jìn)行模擬。2007年，CPU虛擬化技術(shù)在國內(nèi)外都迎來高速發(fā)展。虛擬機(jī)巨頭威睿公司申請的專利（申請?zhí)朥S20070857964A）公開了一種在虛擬計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中處理虛擬輸入輸出的方法，該申請涉及在參考虛擬CPU集所標(biāo)識的目標(biāo)處理器中生成虛擬中斷的方法。進(jìn)入2015年，CPU虛擬化技術(shù)愈加成熟。波音公司申請的專利（申請?zhí)朇N201510606615）公開了一種提供虛擬化服務(wù)的方法，該申請中計(jì)算機(jī)程序可以由執(zhí)行在主機(jī)硬件平臺上的虛擬機(jī)中的虛擬中央處理器(CPU)來執(zhí)行。

（2）內(nèi)存虛擬化技術(shù)把物理機(jī)的真實(shí)物理內(nèi)存統(tǒng)一管理，包裝成多個(gè)虛擬的物理內(nèi)存，分別供若干個(gè)虛擬機(jī)使用，每個(gè)虛擬機(jī)擁有各自獨(dú)立的內(nèi)存空間。2006年處理器巨頭英特爾公司申請的專利（申請?zhí)朇N200610004027）公開了一種處理器包括具有存儲器虛擬化支持系統(tǒng)的虛擬化系統(tǒng)，該申請將由虛擬機(jī)上可執(zhí)行的客戶軟件對客戶－物理存儲器的引用映射到對主機(jī)的主－物理存儲器的引用。2008年，國內(nèi)外公司、學(xué)校在內(nèi)存虛擬化技術(shù)的研究都有顯著進(jìn)步。威睿公司申請的專利（申請?zhí)朥S20080261147A）公開了一種用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的虛擬機(jī)監(jiān)視器提供方法，該申請涉及實(shí)現(xiàn)操作以造成指定虛擬內(nèi)存地址，重觸發(fā)應(yīng)用對虛擬機(jī)監(jiān)視器的超調(diào)用。進(jìn)入2013年，國內(nèi)公司也在內(nèi)存虛擬化技術(shù)發(fā)力。華為技術(shù)公司申請的專利（申請?zhí)朇N201310752024）公開了一種內(nèi)存虛擬化的方法及裝置，該申請通過建立HVA層到硬盤的存儲空間之間的映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了在需要修改映射關(guān)系時(shí)，避免使用宿主機(jī)的內(nèi)核修改映射關(guān)系。

（3）I/O虛擬化通過截獲GuestOS對I/O設(shè)備的訪問請求，用軟件模擬真實(shí)的硬件，復(fù)用有限的外設(shè)資源。2003年英特爾公司申請的專利（申請?zhí)朥S20030716753A）公開了一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輸入輸出設(shè)備的虛擬化方法，該申請涉及在單個(gè)虛擬化事件中執(zhí)行由指令流標(biāo)識的輸入輸出指令，為I/O虛擬化奠定了基礎(chǔ)。2007年，I/O虛擬化迎來高速發(fā)展。國際商業(yè)機(jī)器公司申請的專利（申請?zhí)朇N200710137382）公開了一種跨越多個(gè)邏輯分區(qū)分布虛擬輸入/輸出操作的系統(tǒng)和方法，該申請中分布式虛擬I/O工具通過跨越由高速通信信道所連接的多個(gè)應(yīng)用LPAR而分布虛擬I/O功能，分布式虛擬I/O工具分配每個(gè)I/O請求給適當(dāng)?shù)腎/O設(shè)備。進(jìn)入2015年，國內(nèi)院校研究所也加大了在I/O虛擬化技術(shù)上的研究。中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所申請的專利（申請?zhí)朇N201510233215）公開了一種基于共享I/O虛擬化環(huán)境的vCPU調(diào)度方法，該申請根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測的共享I/O請求環(huán)特征，識別出排隊(duì)敏感型虛擬機(jī)，提高所識別出的排隊(duì)敏感型虛擬機(jī)的vCPU調(diào)度優(yōu)先級，該申請能夠緩解因vCPU排隊(duì)時(shí)間變長而導(dǎo)致的虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能下降。

圖1 平臺虛擬化技術(shù)演進(jìn)路線圖

3 總結(jié)與展望

虛擬化是平臺發(fā)展的必然趨勢，虛擬化技術(shù)所具備的高度可管理性、提高資源利用率和節(jié)能環(huán)保的特性正在得到越來越多用戶的青睞。盡管虛擬化技術(shù)作為新興的技術(shù),在實(shí)際應(yīng)用中還有著一些不足和局限性,但隨著系統(tǒng)平臺的進(jìn)一步發(fā)展,其功能將會不斷加強(qiáng)和完善，未來虛擬化將不僅僅局限于服務(wù)器、存儲和網(wǎng)絡(luò),從虛擬化的數(shù)據(jù)中心到每個(gè)用戶的虛擬桌面,虛擬化將成為未來信息技術(shù)的主要表現(xiàn)形式。

Summary of patent technology of platform virtualization

Chen AnanWang JingyangXu Guanghua
(Patent Examination Cooperation Hubei Center of The Patent office,SIPO,Wuhan Hubei 430070)

Based on the analysis of the basic meaning of virtualization,the key technology of virtualization are summa?rized,the research status and development trend of three aspects of CPU virtualization,memory virtualization and I/O interface virtualization to the domestic and foreign related virtual key technology are analyzed.

platform virtualization;CPU virtualization;memory virtualization;I/O interface virtualization

F204

A

1003-5168（2016）-08-0050-02

2016-7-31

陳安安（1989-），女，碩士，研究實(shí)習(xí)員，研究方向：程序控制與編碼譯碼；王婧陽（1990-），女，碩士，研究實(shí)習(xí)員，研究方向：程序控制與編碼譯碼,等同于第一作者。