CN104423418A - 虚拟时间控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种虚拟时间控制装置及方法。该虚拟时间控制装置包含一系统计时器、一即时时钟及一处理单元，其中该处理单元电性连接至该系统计时器及该即时时钟。该系统计时器具有一原始计时周期，且该即时时钟具有一原始对时信号周期。该处理单元执行一虚拟平台，其中该虚拟平台依据一调整比例及该原始计时周期，产生一虚拟计时周期，且依据该调整比例及该原始对时信号周期，产生一虚拟对时信号周期。

Description

虚拟时间控制装置及方法

技术领域

本发明是关于一种虚拟时间控制装置及方法；更具体而言，本发明是关于一种利用一系统计时器及一即时时钟的虚拟时间控制装置及方法。

背景技术

对于信息产业人员而言，不论在开发应用软件的过程、提供软件信息服务或其他软件运作，执行于硬件上的操作系统（operating system）所使用的实际时间往往扮演关键的角色。

举例而言，软件业者在开发应用软件的过程，通常需要对该应用软件进行各种不同的测试，在确定该应用软件能正常运作后，才会推出上市。然而，某些应用软件需要较长的测试时间，其潜在的问题才会出现。特别是当应用软件为防毒软件时，软件业者必需对该防毒软件进行各种不同的测试，以确保该防毒软件能排除各种不同恶意软件的攻击。不过，某些潜伏型的恶意软件的发作时间较长，因此必需拉长测试时间。对于软件业者而言，当测试时间拉长时，其营运成本也就随之增加。因此，若能使测试环境的时间加速，便能缩短实际的测试时间，进而降低营运成本。再举例而言，云端服务业者所提供的云端平台遭逢受控制的恶意虚拟主机攻击时，若能使该主机的系统时间减缓变慢，则能降低被攻击所造成的伤害。

图1是描绘已知的操作系统10所使用的实际时间的示意图。传统电脑系统1包含一系统计时器（system timer）11、一即时时钟（real time clock）13及一处理单元15，且处理单元15上执行操作系统10。当操作系统10被启动时，会传送一请求信号100至即时时钟13。即时时钟13因应此请求信号100，会传送一即时时间（real time）102至操作系统10。操作系统10便以此即时时间作为其墙上时间（wall time）。之后，系统计时器11会周期性地（例如：每秒）提供一计时触发信号104予操作系统10，使操作系统10更新其运行时间。操作系统10便是将墙上时间及运行时间相加作为其所使用的实际时间。

如前所述，执行于硬件上的操作系统所使用的实际时间往往扮演关键的角色。对于不同领域的信息产业人员而言，有些希望能加速操作系统的实际时间，有些则希望能将的放慢。

为了满足前述需求，有两类修改操作系统所使用的各类时间的已知技术因而衍生。第一类技术是修改操作系统核心内部与时间相关的参数，但此类技术必须针对不同的操作系统一一修改，极为不便。再者，对于某些无法取得原始码的操作系统（例如：Windows）而言，则无解决之道。第二类技术则是采用操作系统函式拦截（API hooking）机制，再改变传入这些函式的时间参数。采取此类技术需要事先取得所有与时间相关的函式。然而，倘若有函式被加以修改、隐藏或未开放修改权限，则会有修改不全的问题衍生。

有鉴于此，本领域仍亟需一种不需改变操作系统核心，不需拦截系统函式呼叫，且适用于不同操作系统的系统时间控制机制。

发明内容

为解决已知技术的问题，本发明提供一种虚拟时间控制装置及方法。

本发明所提供的虚拟时间控制装置包含一系统计时器（system timer）、一即时时钟（real time clock）及一处理单元，其中该处理单元电性连接至该系统计时器及该即时时钟。该系统计时器具有一原始计时周期，且该即时时钟具有一原始对时信号周期。该处理单元执行一虚拟平台（hypervisor）。该虚拟平台依据一调整比例及该原始计时周期，产生一虚拟计时周期，且依据该调整比例及该原始对时信号周期，产生一虚拟对时信号周期。

本发明所提供的虚拟时间控制方法适用于一虚拟平台，且该虚拟平台是执行于一处理单元。该虚拟时间控制方法包含下列步骤：依据一调整比例及一系统计时器的一原始计时周期，产生一虚拟计时周期，以及依据该调整比例及一即时时钟的一原始对时信号周期，产生一虚拟对时信号周期。

本发明是由虚拟平台依据调整比例将系统计时器的原始计时周期调整为虚拟计时周期，且依据调整比例将原始对时信号周期调整为虚拟对时信号周期。当此处理单元亦执行一操作系统时，虚拟平台会进一步地依据即时时钟的一原始即时时间及虚拟对时信号周期产生一虚拟即时时间予操作系统。此外，虚拟平台亦会依据虚拟计时周期，周期性地传送一触发信号予操作系统。透过此种方式，操作系统便可以虚拟即时时间作为其墙上时间，并利用触发信号更新其运行时间，再将墙上时间及运行时间相加作为其所使用的实际时间。

由于本发明由执行于处理单元的虚拟平台来产生虚拟计时周期、虚拟对时信号周期、虚拟即时时间及触发信号，因此不需改变操作系统核心，不需拦截系统函式呼叫，且适用于不同操作系统的时间控制机制。

附图说明

图1是描绘已知的操作系统所使用的实际时间的示意图；

图2是描绘第一实施例的虚拟时间控制装置；

图3是描绘第二实施例的虚拟时间控制装置；

图4是描绘第三实施例的虚拟时间控制方法的流程图；以及

图5是显示监控相同数量的系统呼叫所需花费时间的实验数据。

符号说明：

1：   传统电脑系统

10：  操作系统

11：  系统计时器

13：  即时时钟

15：  处理单元

100： 请求信号

102： 即时时间

104： 计时触发信号

2：   虚拟时间控制装置

21：  系统计时器

22：  虚拟平台

23：  即时时钟

25：  处理单元

200： 原始计时周期

202： 原始对时信号周期

3：   虚拟时间控制装置

32：  虚拟平台

34：  操作系统

35：  处理单元

306： 虚拟即时时间

308： 触发信号

S401～S409： 步骤

具体实施方式

以下将透过实施例来解释本发明所提供的虚拟时间控制装置及虚拟时间控制方法。然而，本发明的实施例并非用以限制本发明须在如实施例所述的任何环境、应用或方式方能实施。因此，关于实施例的说明仅为阐释本发明的目的，而非用以直接限制本发明。须说明者，以下实施例及图式中，与本发明非直接相关的元件已省略而未绘示。

本发明的第一实施例为一虚拟时间控制装置2，其示意图请参图2。虚拟时间控制装置2包含一系统计时器（system timer）21、一即时时钟（real time clock）23及一处理单元25，且处理单元25电性连接至系统计时器21及即时时钟23。处理单元25上执行一虚拟平台（hypervisor）22，此虚拟平台22可视为由软件实现的虚拟硬件。

处理单元25可为本发明所属技术领域中具有通常知识者所熟知的各种处理器、中央处理装置（central processing unit）、微处理器或其他计算装置中的任一种。再者，关于系统计时器21与即时时钟23所具有的功能及所能进行的运作，本发明所属技术领域中具有通常知识者应已熟知，故不赘言。

本实施例中，系统计时器21具有一原始计时周期200，且即时时钟23具有一原始对时信号周期202。系统计时器21会提供原始计时周期200予虚拟平台22，且即时时钟23会提供原始对时信号周期202予虚拟平台22。虚拟平台22依据一调整比例（未绘示）及原始计时周期200，产生一虚拟计时周期（未绘示），且依据相同的调整比例及该原始对时信号周期，产生一虚拟对时信号周期（未绘示）。

举例而言，调整比例可为一正数，虚拟平台22可经由将原始计时周期200除以调整比例以产生虚拟计时周期，且经由将原始对时信号周期202除以调整比例以产生虚拟对时信号周期。当调整比例大于一时，代表虚拟平台22所能提供的运作频率较系统计时器21及即时时钟23的运作频率为快。当调整比例小于一时，代表虚拟平台22所能提供的运作频率较系统计时器21及即时时钟23的运作频率为慢。

之后，虚拟平台22便可依据虚拟计时周期及虚拟对时信号周期产生相关的时间信息，并将的提供给需要时间信息的软件或硬件。透过此种方式，第一实施例所揭露的技术不需改变操作系统核心且不需拦截系统函式呼叫，便能达到调整时间信息的目的，且此技术适用于各种操作系统。

本发明的第二实施例为一虚拟时间控制装置3，其示意图请参图3。虚拟时间控制装置3包含系统计时器21、即时时钟23及处理单元35，且处理单元35电性连接至系统计时器21及即时时钟23。虚拟时间控制装置3所包含的系统计时器21及即时时钟23与虚拟时间控制装置2所包含者相同。处理单元35则执行有一虚拟平台32及一操作系统34，其中虚拟平台32可视为由软件实现的虚拟硬件。同样的，处理单元35可为本发明所属技术领域中具有通常知识者所熟知的各种处理器、中央处理装置、微处理器或其他计算装置中的任一种。

与第一实施例相同，虚拟平台32依据一调整比例（未绘示）及系统计时器21所具有的原始计时周期200，产生一虚拟计时周期（未绘示）。虚拟平台32另依据同样的调整比例与即时时钟23所具有的原始对时信号周期202，产生一虚拟对时信号周期（未绘示）。

本实施例中，虚拟平台32会产生虚拟即时时钟，并根据虚拟即时时钟及虚拟对时信号周期产生一虚拟即时时间306。之后，虚拟平台32提供虚拟即时时间306予操作系统34，且依据虚拟计时周期，周期性地传送一触发信号308予操作系统34，触发讯号308可以是触发进行虚拟计时的触发讯号或者其它触发讯号。

之后，操作系统34以虚拟即时时间306作为其墙上时间，利用触发信号308更新其运行时间，再将墙上时间及运行时间相加作为其所使用的实际时间。再者，操作系统34所使用的时间戳记计数器（Time Stamp Counter；TSC）、可编程间隔计时器（Programmable Interval Timer；PIT）、高级可编程中断控制器（AdvancedProgrammable Interrupt Controller；APIC）亦将利用新的运行时间及虚拟即时时间306加以调整。

由上述说明可知，本实施例由虚拟平台32先产生虚拟计时周期及虚拟对时信号周期，再依据虚拟即时时钟及虚拟对时信号周期产生一虚拟即时时间306予操作系统34，且依据虚拟计时周期，周期性地传送一触发信号308予操作系统34。透过此种机制，操作系统34所使用的实际时间是根据虚拟平台32所提供的虚拟即时时间306及触发信号308所产生。因此，针对不同的应用领域，信息产业人员可经由设定虚拟平台32所使用的调整比例，达到加速或减缓操作系统的实际时间的目的。此种技术不需改变操作系统核心且不需拦截系统函式呼叫，便能达到调整时间信息的目的，且此技术适用于各种操作系统。

本发明的第三实施例为一种虚拟时间控制方法，其流程图描绘于图4。此虚拟时间控制方法由一虚拟平台所执行，且此虚拟平台执行于一处理单元，例如前述的处理单元25、35。此虚拟时间控制方法可应用于测试一待测软件时。

首先，此虚拟时间控制方法执行步骤S401，由虚拟平台依据一调整比例及一系统计时器的一原始计时周期，产生一虚拟计时周期。接着，执行步骤S403，由虚拟平台依据该调整比例及一即时时钟的一原始对时信号周期，产生一虚拟对时信号周期。须说明者，步骤S401及步骤S403的执行顺序可加以对调，亦可同时执行。

举例而言，调整比例可为一正数，步骤S401可经由将原始计时周期除以调整比例以产生虚拟计时周期，且步骤S403可经由将原始对时信号周期除以调整比例以产生虚拟对时信号周期。当调整比例大于一时，代表虚拟平台所能提供的运作频率较系统计时器及即时时钟的运作频率为快。当调整比例小于一时，代表虚拟平台所能提供的运作频率较系统计时器及即时时钟的运作频率为慢。

接着，执行步骤S405，由虚拟平台产生一虚拟即时时钟，并根据该虚拟即时时钟及该虚拟对时信号周期产生一虚拟即时时间。之后，于步骤S407，由虚拟平台提供该虚拟即时时间予一操作系统，此操作系统可执行于同一处理单元或不同的处理单元。之后，于步骤S409，由虚拟平台依据该虚拟计时周期，周期性地产生一触发信号予该操作系统。

透过前述步骤，操作系统便会以虚拟即时时间作为其墙上时间，且利用触发信号更新其运行时间，再将墙上时间及运行时间相加作为其所使用的实际时间。

除了前述的步骤外，第三实施例亦能执行第一及第二实施例的所有运作及功能。所属技术领域具有通常知识者可直接了解第三实施例如何基于上述第一及第二实施例以执行此等操作及功能，故不赘述。

再者，第三实施例所描述的虚拟时间控制方法可由一电脑程序产品加以实现。当一处理单元载入此电脑程序产品，并执行此电脑程序产品所包含的数个指令后，即可完成第三实施例所描述的虚拟时间控制方法。前述的电脑程序产品可为能被于网络上传输的档案，亦可被储存于电脑可读取记录媒体中，例如唯读存储器（readonly memory；ROM）、快闪存储器、软盘、硬盘、光盘、随身盘、磁带、可由网络存取的数据库或熟习此项技艺者所已知且具有相同功能的任何其它储存媒体中。

图5是显示监控相同数量的系统呼叫所需花费时间的实验数据。该实验所使用的处理器为Intel Xeon E5-26202.00GHz，存储器为DDR-133332GB，硬盘容量为2TB，操作系统为Debian6.0kernel3.2.0，虚拟平台（亦即，虚拟平台）为Xen hypervisor4.0.3，而虚拟平台所使用的调整比例为32。

由图5所显示的实验结果观之，当执行已知技术与本发明时，1300个系统呼叫出现的顺序及内容大致相同。然而，当使用本发明的技术，且将调整比例设为32时，所花的时间约是已知技术所花时间的约5%，大幅提升执行效率。

综上所述，本发明是由虚拟平台依据调整比例将系统计时器的原始计时周期调整为虚拟计时周期，且依据调整比例将原始对时信号周期调整为虚拟对时信号周期。当此处理单元亦执行一操作系统时，虚拟平台会进一步地产生一虚拟即时时钟，并依据此虚拟即时时钟及虚拟对时信号周期产生一虚拟即时时间予操作系统。此外，虚拟平台亦会依据虚拟计时周期，周期性地传送一触发信号予操作系统。透过此种方式，操作系统便可以虚拟即时时间作为其墙上时间，并利用触发信号更新其运行时间，再将墙上时间及运行时间相加作为其所使用的实际时间。

由于本发明是由执行于处理单元的虚拟平台来产生虚拟计时周期、虚拟对时信号周期、虚拟即时时间及触发信号，因此不需改变操作系统核心，不需拦截系统函式呼叫，且适用于不同操作系统的时间控制机制。

上述的实施例仅用来例举本发明的实施态样，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的保护范畴。任何熟悉此技术者可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利保护范围应以权利要求书为准。

Claims (11)

1.一种虚拟时间控制装置，包含：

一系统计时器，具有一原始计时周期；

一即时时钟，具有一原始对时信号周期；以及

一处理单元，电性连接至该系统计时器及该即时时钟，且执行一虚拟平台，

其中，该虚拟平台依据一调整比例及该原始计时周期，产生一虚拟计时周期，且依据该调整比例及该原始对时信号周期，产生一虚拟对时信号周期。

2.如权利要求1所述的虚拟时间控制装置，其特征在于，该虚拟平台更产生一虚拟即时时钟，且根据该虚拟即时时钟及该虚拟对时信号周期产生一虚拟即时时间。

3.如权利要求2所述的虚拟时间控制装置，其特征在于，该处理单元更执行一操作系统，该虚拟平台更提供该虚拟即时时间予该操作系统，且该虚拟平台更依据该虚拟计时周期，周期性地产生一触发信号予该操作系统。

4.如权利要求3所述的虚拟时间控制装置，其特征在于，该操作系统更以该虚拟即时时间作为一墙上时间，且以该触发信号更新一运行时间。

5.如权利要求1所述的虚拟时间控制装置，其特征在于，该调整比例为一正数。

6.如权利要求1所述的虚拟时间控制装置，其特征在于，该虚拟平台经由将该原始计时周期除以该调整比例以产生该虚拟计时周期，且该虚拟平台经由将该原始对时信号周期除以该调整比例以产生该虚拟对时信号周期。

7.一种虚拟时间控制方法，适用于一虚拟平台，该虚拟平台执行于一处理单元，该虚拟时间控制方法包含下列步骤：

依据一调整比例及一系统计时器的一原始计时周期，产生一虚拟计时周期；以及

依据该调整比例及一即时时钟的一原始对时信号周期，产生一虚拟对时信号周期。

8.如权利要求7所述的虚拟时间控制方法，其特征在于，更包含下列步骤：

产生一虚拟即时时钟；以及

根据该虚拟即时时钟及该虚拟对时信号周期产生一虚拟即时时间。

9.如权利要求8所述的虚拟时间控制方法，其特征在于，该处理单元更执行一操作系统，该虚拟时间控制方法更包含下列步骤：

提供该虚拟即时时间予该操作系统；以及

依据该虚拟计时周期，周期性地产生一触发信号予该操作系统。

10.如权利要求7所述的虚拟时间控制方法，其特征在于，该调整比例为一正数。

11.如权利要求7所述的虚拟时间控制方法，其特征在于，该虚拟计时周期为该原始计时周期除以该调整比例，且该虚拟对时信号周期为该原始对时信号周期除以该调整比例。