CN101655804B - 虚拟操作系统构建方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种虚拟操作系统构建方法及装置，该方法包括：在本机操作系统中创建至少一个新的桌面环境，并分别在至少一个新的桌面环境中创建相应的程序容器；将壳层程序和服务管理程序载入内存并置于程序容器中；将操作系统模拟器分别注入壳层程序和服务管理程序，以使操作系统模拟器接管壳层程序和服务管理程序对本机操作系统的调用，并接管由所述壳层程序启动的应用程序与由所述服务管理程序启动的服务程序，完成至少一个虚拟操作系统的构建。通过上述处理，克服了现有技术中通过修改本机操作系统的内核构建模拟操作系统而导致的系统的性能低下、安全性差与容易崩溃的缺陷，节省了系统的资源、提高了系统的性能与安全性。

Description

虚拟操作系统构建方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及计算机虚拟技术领域，尤其涉及一种虚拟操作系统构建方法及装置。

背景技术

现有技术中，随着计算机技术的不断发展，计算机的功能越来越强大，虽然移动存储设备或存储服务器给用户带来了很多方便，使用户能够在不同的计算机上工作。但是，由于不同计算机的工作环境以及安装的应用软件大相径庭，因此给用户带来极大的困扰。为了解决上述问题，虚拟操作系统(Virtual Operating System；以下简称：VOS)技术孕育而生。VOS可以让使用者在本机的操作系统上使用其他的操作系统，每个虚拟操作系统都可以有自己的系统配置、文档、应用程序。虚拟操作系统之间彼此独立，不会互相干扰。使用者可以在一个操作系统上同时准备多个虚拟操作系统，每个虚拟操作系统可以具有不同的用途，例如，游戏、办公、艺术创作等。

现有技术中创建虚拟操作系统的一种方式是透过重量级的虚拟机器(Heavy-Weight Virtual Machine；以下简称：HWVM)建立多个隔离式虚拟操作系统。图1是现有技术中重量级虚拟机的工作原理示意图，如图1所示，如果要在虚拟机(Virtual Machine；以下简称VM)上安装并运行应用程序，必须先在VM上重新安装一套操作系统(即，Gust OS)，然后才能正常的安装并运行应用程序。在Gust OS上层是使用者的应用程序，Gust OS的下层是虚拟机硬件(VMM)、本机操作系统(Host OS)以及实体硬件，图2是现有技术中重量级虚拟机的运行模式示意图，如图2所示，因为VM是需要模拟一个空的机器，因此，在VM里中运行的应用程序在需要调用硬件资源时(例如，读写文件、显示窗体等)，下达的每一个指令都必须透过层层转换与传达才能正确运行。例如，使用者的应用程序需要利用OS提供的高阶指令调用硬件资源，在Gust OS层，Gust OS需要将高阶指令转换成硬件的低阶指令，并传送给VMM，VMM将低阶的硬件指令再转换成OS的高阶指令传送给本机的Host OS，随后，Host OS还需要再将高阶指令转换成硬件低阶指令传送给实体硬件。在实现本发明过程中，发明人发现上述现有技术中至少存在如下问题：1、在重量级虚拟机器的环境下，如果要安装并运行应用程序，就必须先在虚拟机上，重新安装一套操作系统，然后才能正常的安装并运行应用程序，使得建立虚拟操作系统的效率非常低；同时这些操作系统也会对整体的系统效能造成不利的影响，如果要同时使用多个操作环境就必须重新安装多个操作系统，效率非常低，同时也造成系统效能低落；2、在Host OS的基础上再安装一套与Host OS相同或相容的Guest OS，造成资源浪费；3、由于下达的每一个指令都必须透过层层转换、传达才能正确运行，因此，应用程序的运行效能较差，并占用了较大的系统资源。

为了解决上述问题，在现有技术中，另一种创建虚拟操作系统的方式是在一个操作系统上直接模拟出另一个操作系统(OS on OS)。在该方式中的Guest OS与Host OS可以相同或不同，并通过修改Host OS的内核，使得Host OS可以支持Guest OS的功能与API接口。在实际应用中，如果Host OS内核的源代码可得(例如，Linux)，则可以直接修改内核代码，再编译出新的支持Guest OS的Host OS。如果Host OS内核的源代码不可得(例如，Windows)，则利用驱动程序拦截并接管Host OS内核的服务接口，并提供模拟出的Guest OS功能与API接口。在实际应用中，操作系统一般至少会分成使用者模式(User Mode)和核心模式(KernelMode)，在核心模式下，操作系统可以进行任何操作，例如：安装软件等；在使用者模式下，操作系统进行操作时的限制比较多，公用计算机都设定在使用者模式下执行。但是，使用上述虚拟操作系统创建方式必须在核心模式下完成。在实现本发明过程中，发明人发现上述现有技术中至少存在如下问题：1、上述方法中修改内核的方式使得虚拟操作系统的程序与内核相依性极强，即使是Host OS的微小升级也容易造成虚拟操作系统的程序无法运行；2、由于需要修改Host OS的内核，因此，设计不良或错误较多的虚拟操作系统很容易造成系统的效能低下甚至完全崩溃；3、由于该方式必须在核心模式下运行，使得系统容易感染病毒以及木马；4、由于是透过Host OS的Kernel模拟Guest OS的Kernel API，因此无法对模拟出来的Guest OS加上安全保护机制，如果Guest OS不安全(例如，Guest OS为MS WindoWs)，使得Host OS的安全性也随之降低。

发明内容

本发明实施例提供一种虚拟操作系统构建方法及装置，实现不通过修改本机操作系统的内核就可以在本机操作系统上直接模拟出一个新的操作系统。

本发明实施例提供一种虚拟操作系统构建方法，包括：

在本机操作系统中创建至少一个新的桌面环境，并分别在至少一个新的桌面环境中创建相应的程序容器；将壳层程序和服务管理程序载入内存并置于程序容器中；将操作系统模拟器分别注入壳层程序和服务管理程序，以使操作系统模拟器接管壳层程序和服务管理程序对本机操作系统的调用，并接管由壳层程序启动的应用程序与由服务管理程序启动的服务程序，完成至少一个虚拟操作系统的构建。

本发明实施例提供一种虚拟操作系统构建装置，包括：

创建模块，用于在本机操作系统中创建至少一个新的桌面环境，并分别在至少一个新的桌面环境中创建相应的程序容器；

第一载入模块，用于将壳层程序和服务管理程序载入内存并置于程序容器中；

注入模块，用于将操作系统模拟器分别注入壳层程序和服务管理程序；

操作系统模拟器，用于接管壳层程序和服务管理程序对本机操作系统的调用，并接管由壳层程序启动的应用程序与由服务管理程序启动的服务程序，完成至少一个虚拟操作系统的构建。

本发明实施例的虚拟操作系统构建方法及装置，通过将操作系统虚拟器嵌入壳层程序和服务管理程序接管其对本机操作系统的调用，克服了现有技术中通过修改本机操作系统的内核构建模拟操作系统而导致的系统的性能低下、安全性差以及容易崩溃的缺陷，节省了系统的资源、提高了系统的性能与安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中重量级虚拟机的工作原理示意图；

图2是现有技术中重量级虚拟机的运行模式示意图；

图3是本发明实施例的虚拟操作系统构建方法的流程图；

图4是本发明实施例的虚拟操作系统工作原理的示意图；

图5是本发明实施例的应用程序调用虚拟操作系统的示意图；

图6是本发明实施例的虚拟操作系统构建方法的详细处理的流程图；

图7是本发明实施例的虚拟操作系统构建装置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明实施例的技术方案。

根据本发明的实施例，提供了一种虚拟操作系统构建方法，图3是本发明实施例的虚拟操作系统构建方法的流程图，如图3所示，根据本发明实施例的虚拟操作系统构建方法包括：

步骤301，在本机操作系统中创建至少一个新的桌面环境，并分别在至少一个新的桌面环境中创建相应的程序容器(Process Container；以下简称：PC)；其中，程序容器是指在操作系统中将一个以上的程序放置在一个容器内，以方便管理，并可同时删除或设置权限。需要说明的是，创建新的桌面环境的数量可以根据用户的需要设置。

在步骤301之后，为了记载使用者在相应的虚拟操作系统中进行的操作，还需要将至少一个配置数据库载入内存，其中，配置数据库用于记载虚拟操作系统的子系统的配置数据、使用者数据存放位置、以及所述使用者在相应的虚拟操作系统中进行操作的记录存放位置，其中，所述子系统可以包括以下至少之一：文件子系统、注册表子系统、字形子系统、输入法子系统、服务控制子系统、事件子系统等。

在实际的应用中，如果构建多个虚拟操作系统，可以为每个虚拟操作系统均配置一个配置数据库；也可以仅配置一个配置数据库，并将该配置数据库设置为多个虚拟操作系统共用。在将配置数据库设置为多个虚拟操作系统共用时，在一个虚拟操作系统中的配置可以应用到多个虚拟操作系统；例如，在一个虚拟操作系统中配置了MSN，如果将配置数据库设置为多个虚拟操作系统共用，则其他虚拟操作系统中也安装有MSN。

步骤302，将壳层程序和服务管理程序载入内存并置于程序容器中；其中，壳层程序(Shell or Windows Manager)主要是用来让使用者运行其他应用程序的工具程序，例如：Windows中的资源管理器程序、或DOS中的command.com程序；服务管理程序(Service Manager or Super Daemon)主要是用来启动并管理服务程序。在实际应用中，大多数的应用程序需要通过壳层程序和服务管理程序来进行系统调用从而得以运行的。

步骤303，将操作系统模拟器分别注入壳层程序和服务管理程序，以使操作系统模拟器接管壳层程序和服务管理程序对本机操作系统的调用，并接管由壳层程序启动的应用程序以及由服务管理程序启动的服务程序，完成至少一个虚拟操作系统的构建。

需要说明的是，上述构建虚拟操作系统的处理过程可以在使用者模式下完成，因此可以极大地提升系统安全性，并可以阻隔病毒木马的干扰。

具体地，接管由壳层程序启动的应用程序需要进行如下处理：

运行壳层程序，在运行壳层程序后，使用者指定的应用程序就可以通过壳层程序运行，随后，操作系统模拟器就可以通过壳层程序接管应用程序对本机操作系统的调用。

此外，在进行上述操作后或者进行上述操作的同时，还需要接管由服务管理程序启动的服务程序，包括如下处理：运行服务管理程序；在服务管理程序运行后，使用者指定的服务程序就可以通过服务管理程序运行；随后，操作系统模拟器就可以通过服务管理程序接管服务程序对本机操作系统的调用。从而实现在虚拟操作系统中运行使用者制定的程序。

通过上述处理，直接利用本机操作系统完成至少一个虚拟操作系统的构建，模拟出的与本机操作系统相容的虚拟操作系统，图4是本发明实施例的虚拟操作系统工作原理的示意图，如图4所示，在使用者的应用程序下，是直接用本机操作系统模拟出来的虚拟操作系统，在虚拟操作系统下，则是本机操作系统，本机操作系统控制其下的实体硬件。因此，在构建的虚拟操作系统中安装运行应用软件，不需要额外安装一套操作系统。

图5是本发明实施例的应用程序调用虚拟操作系统的示意图，如图5所示，使用者的应用程序利用操作系统提供的高阶指令调用硬件资源，随后，虚拟操作系统通过解析程序的意图，以高阶指令格式传送给本机操作系统，本机操作系统接收到了高阶指令后，将高阶指令转换为实体硬件能够执行的低阶指令，并传送给实体硬件。从上述处理过程可以看出，利用本发明实施例的虚拟操作系统构建方法，不需要将使用者调用硬件资源高阶指令进行多次转换，提高了应用程序的运行效能，并节省了大量的系统资源。

此外，通过本发明实施例的模拟方式，实现了多个操作系统的同时创建，并且可以实现多个操作系统之间的切换，使操作系统资源得到了共享，减少了对系统资源的占用。

本发明实施例由于不需要修改本机操作系统的内核，因此，不会造成系统的效能低下或崩溃；提高了系统的性能。此外，由于本发明实施例的虚拟操作系统与内核相隔离，即使本机操作系统进行升级，也不会造成虚拟操作系统的程序无法运行。

以下将结合图6对本发明实施例的虚拟操作系统构建方法的处理过程进行详细说明。图6是本发明实施例的虚拟操作系统构建方法的详细处理的流程图，如图6所示，包括如下处理：

步骤1，在本机操作系统中，首先创建并配置空的桌面与屏幕画面，即，创建并配置桌面环境。

步骤2，在空的桌面环境中创建并配置程序容器；

步骤3，将虚拟环境的配置数据库载入内存并设定为多个虚拟操作系统共用，在实际应用中，也可以为多个虚拟操作系统分别设置配置数据库；

步骤4，将壳层程序载入内存并置于程序容器中；

步骤5，将操作系统虚拟机注入壳层程序的内存空间中；

步骤6，操作系统虚拟机接管壳层程序对操作系统的调用；

步骤7，运行壳层程序；

步骤8，壳层程序运行使用者指定的其他应用程序；

步骤9，操作系统虚拟机接管其他应用程序对操作系统的调用；

步骤10，将服务管理程序载入内存并置于程序容器中；

步骤11，把操作系统虚拟机注入服务管理程序的内存空间中；

步骤12，操作系统虚拟机接管服务管理程序对操作系统的调用；

步骤13，运行服务管理程序；

步骤14，服务管理程序运行使用者指定的其他服务程序；

步骤15，操作系统虚拟机接管其他服务程序对操作系统的调用。

通过上述处理，克服了现有技术中通过修改本机操作系统的内核构建模拟操作系统而导致的系统的性能低下、容易崩溃、以及安全性低的缺陷，节省了系统的资源、提高了系统的性能与安全性。

需要说明的是，上述处理过程的执行顺序仅是本发明实施例优选的执行顺序，在实际应用中，本领域技术人员可以理解，上述处理过程的执行顺序可以在合理的情况下随意变动，并不用于限制本发明实施例的保护范围。

根据本发明的实施例，提供了一种虚拟操作系统构建装置，图7是本发明实施例的虚拟操作系统构建装置的示意图，如图7所示，根据本发明实施例的虚拟操作系统构建装置包括：创建模块70、第一载入模块71、注入模块72、操作系统模拟器73。以下对本发明实施例的虚拟操作系统构建装置进行详细说明。

具体地，创建模块70用于在本机操作系统中创建至少一个新的桌面环境，并分别在至少一个新的桌面环境中创建相应的程序容器；需要说明的是，创建模块70创建新的桌面环境的数量可以根据用户的需要设置。

在创建模块70创建相应的程序容器后，为了获取虚拟操作系统的配置、如何载入使用者数据，以及如何记载使用者在相应的虚拟操作系统中进行的操作，第二载入模块还需要将至少一个配置数据库载入内存，其中，配置数据库用于记载虚拟操作系统的子系统的配置数据、使用者数据存放位置、以及使用者在相应的虚拟操作系统中进行操作的记录存放位置，其中，所述子系统包括以下至少之一：文件子系统、注册表子系统、字形子系统、输入法子系统、服务控制子系统、事件子系统。在实际的应用中，如果构建多个虚拟操作系统，可以为每个虚拟操作系统均配置一个配置数据库；也可以仅配置一个配置数据库，并将该配置数据库设置为多个虚拟操作系统共用。

随后，第一载入模块71将壳层程序和服务管理程序载入内存并置于程序容器中；在实际应用中，大多数的应用程序需要通过壳层程序和服务管理程序来载入配置数据并启动从而得以运行的。

在第一载入模块71将壳层程序和服务管理程序载入内存并置于程序容器中后，注入模块72将操作系统模拟器分别注入壳层程序和服务管理程序；随后，操作系统模拟器73接管壳层程序和服务管理程序对本机操作系统的调用，并接管由壳层程序启动的应用程序与由服务管理程序启动的服务程序，完成至少一个虚拟操作系统的构建。

需要说明的是，上述构建虚拟操作系统的处理过程可以在使用者模式下完成，因此可以极大地提升系统安全性，并可以阻隔病毒木马的干扰。

具体地，操作系统模拟器在构建虚拟操作系统中，接管由壳层程序启动的应用程序与由服务管理程序启动的服务程序时，还包括下述模块进行的处理：

操作系统模拟器73中的第一运行模块运行壳层程序，以使壳层程序运行使用者指定的应用程序；随后，操作系统模拟器73中的第一接管模块通过壳层程序接管应用程序对本机操作系统的调用

在进行上述操作后或者进行上述操作的同时，操作系统模拟器73中的第二运行模块运行服务管理程序，以使服务管理程序运行使用者指定的服务程序；随后，操作系统模拟器73中的第二接管模块通过服务管理程序接管服务程序对本机操作系统的调用。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或任意其它形式的存储介质中。

综上所述，借助于本发明实施例的技术方案，直接利用本机操作系统完成至少一个虚拟操作系统的构建，模拟出的与本机操作系统相容的虚拟操作系统，不需要额外安装一套操作系统；此外，不需要将使用者调用硬件资源高阶指令进行多次转换，提高了应用程序的运行效能，并节省了大量的系统资源。

通过本发明实施例的模拟方式，实现了多个操作系统的同时创建，并且可以实现多个操作系统之间的切换，使操作系统资源得到了共享，减少了对系统资源的占用。由于不需要修改本机操作系统的内核，因此，不会造成系统的效能低下或崩溃；提高了系统的性能；由于本发明实施例的虚拟操作系统与内核相隔离，即使本机操作系统进行升级，也不会造成虚拟操作系统的程序无法运行、并提高了虚拟操作系统的安全性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种虚拟操作系统构建方法，其特征在于，包括：

在本机操作系统中创建至少一个新的桌面环境，并分别在所述至少一个新的桌面环境中创建相应的程序容器；

将壳层程序和服务管理程序载入内存并置于所述程序容器中；

将操作系统模拟器分别注入所述壳层程序和所述服务管理程序，以使所述操作系统模拟器接管所述壳层程序和所述服务管理程序对本机操作系统的调用，并接管由所述壳层程序启动的应用程序与由所述服务管理程序启动的服务程序，完成至少一个虚拟操作系统的构建。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别在所述至少一个新的桌面环境中创建相应的程序容器之后，所述方法还包括：

将至少一个配置数据库载入所述内存，其中，所述配置数据库用于记载虚拟操作系统的子系统的配置数据、使用者数据存放位置、以及所述使用者在相应的虚拟操作系统中进行操作的记录存放位置，其中，所述子系统包括以下至少之一：文件子系统、注册表子系统、字形子系统、输入法子系统、服务控制子系统、事件子系统。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在使用者模式下完成所述至少一个虚拟操作系统的构建。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述操作系统模拟器接管由所述壳层程序启动的应用程序包括：

运行所述壳层程序；

所述壳层程序运行所述使用者指定的所述应用程序；

所述操作系统模拟器通过所述壳层程序接管所述应用程序对所述本机操作系统的调用。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述操作系统模拟器接管由所述服务管理程序启动的服务程序包括：

运行所述服务管理程序；

所述服务管理程序运行所述使用者指定的所述服务程序；

所述操作系统模拟器通过所述服务管理程序接管所述服务程序对所述本机操作系统的调用。

6.一种虚拟操作系统构建装置，其特征在于，包括：

创建模块，用于在本机操作系统中创建至少一个新的桌面环境，并分别在所述至少一个新的桌面环境中创建相应的程序容器；

第一载入模块，用于将壳层程序和服务管理程序载入内存并置于所述程序容器中；

注入模块，用于将操作系统模拟器分别注入所述壳层程序和所述服务管理程序；

所述操作系统模拟器，用于接管所述壳层程序和所述服务管理程序对本机操作系统的调用，并接管由所述壳层程序启动的应用程序与由所述服务管理程序启动的服务程序，完成至少一个虚拟操作系统的构建。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二载入模块，用于将至少一个配置数据库载入所述内存，其中，所述配置数据库用于记载虚拟操作系统的子系统的配置数据、使用者数据存放位置、以及所述使用者在相应的虚拟操作系统中进行操作的记录存放位置，其中，所述子系统包括以下至少之一：文件子系统、注册表子系统、字形子系统、输入法子系统、服务控制子系统、事件子系统。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，在使用者模式下完成所述至少一个虚拟操作系统的构建。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述操作系统模拟器还包括：

第一运行模块，用于运行所述壳层程序，以使所述壳层程序运行所述使用者指定的所述应用程序；

第二运行模块，用于运行所述服务管理程序，以使所述服务管理程序运行所述使用者指定的所述服务程序。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述操作系统模拟器进一步包括：

第一接管模块，用于通过所述壳层程序接管所述应用程序对所述本机操作系统的调用；

第二接管模块，用于通过所述服务管理程序接管所述服务程序对所述本机操作系统的调用。

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