CN113132969A - 一种多卡手机实现多个虚拟独立电话系统的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种在多卡手机实现多个虚拟独立电话系统的方法，包括如下步骤。步骤S10：通过Linux内核虚拟化技术在手机中构造出与SIM卡相同数量的多个虚拟系统。步骤S20：按SIM卡分配软硬件资源到每个虚拟系统。步骤S30：建立虚拟系统间的交互机制；这是指在每个虚拟系统内设立虚拟网卡，通过虚拟网卡之间的通信实现不同虚拟系统之间的交互。步骤S40：通过代理解决不同虚拟系统间的业务耦合。所述步骤S30、步骤S40的顺序或者任一在前，或者同时进行。上述方法为多卡手机设计了一种虚拟化方案，能够实现多个虚拟系统，每个虚拟系统对应于一张SIM卡并有该SIM卡的完整且独立的电话系统。
Description
技术领域
本申请涉及一种手机的虚拟化（virtualization）技术。
背景技术
虚拟化技术是把一台实体计算机的CPU、内存、磁盘等实体资源予以抽象、转换并生成多个虚拟机，使每个虚拟机都有与实体计算机同样的功能，从而可以在每个虚拟机上独立运行操作系统。手机与计算机的硬件架构较为相似，手机的虚拟化也日益受到关注。
移动通信是手机的基础功能，其与手机SIM卡之间是高度关联的。多卡手机是指安装有多张SIM卡的手机，最常见的是双卡手机。出于成本和功耗等考虑，多卡手机通常基于单芯片方案实现，也就是单个应用处理器（application processor，AP）与单个通信处理器（communication processor，CP）集成在单个芯片上。如何基于有限的单芯片硬件资源，在多卡手机上构建多个虚拟机，使每张SIM卡（即每个通信身份）对应一个虚拟机，用户在各虚拟机上可以像实体手机一样使用对应SIM卡的完整通信功能（如电话、短信、网络等），是一个值得研究的技术问题。
发明内容
本申请所要解决的技术问题是提供一种多卡手机实现多个虚拟独立电话系统的方法。
为解决上述技术问题，本申请提出了一种在多卡手机实现多个虚拟独立电话系统的方法，包括如下步骤。步骤S10：通过Linux内核虚拟化技术在手机中构造出与SIM卡相同数量的多个虚拟的安卓操作系统，简称为虚拟系统。步骤S20：按SIM卡分配软硬件资源到每个虚拟系统；这是指通过Linux命名空间和控制分组将每张SIM卡对应的软硬件资源按SIM卡分配到对应的虚拟系统中；所述软硬件资源包括CPU、内存、存储、binder设备中的任一项或多项。步骤S30：建立虚拟系统间的交互机制；这是指在每个虚拟系统内设立虚拟网卡，通过虚拟网卡之间的通信实现不同虚拟系统之间的交互。步骤S40：通过代理解决不同虚拟系统间的业务耦合。所述步骤S30、步骤S40的顺序或者任一在前，或者同时进行。上述方法为多卡手机设计了一种虚拟化方案，能够实现多个虚拟系统，每个虚拟系统对应于一张SIM卡并有该SIM卡的完整且独立的电话系统。
进一步地，所述步骤S10中，所述Linux内核虚拟化技术是LXC，LXC是一种使用Linux内核的控制分组机制的虚拟化系统。这是一种示例性的优选实现方式。
进一步地，所述步骤S20中，所述Linux命名空间是LXC配置文件。这是一种示例性的优选实现方式。
进一步地，所述步骤S20中，手机的modem是一种无法分割的硬件资源，将modem仅分配给某一个虚拟系统；手机的AT模块是一种无法分割的软件资源，只在已分配有modem的虚拟系统中创建AT模块。这是对无法分割的软硬件资源的处理说明。
进一步地，所述步骤S20中，手机的移动网络接口是一种无法分割的软件资源，只在已分配有modem的虚拟系统中创建移动网络接口。这是对无法分割的软硬件资源的处理说明。
进一步地，所述步骤S30中，将数据业务固定在手机的其中一张SIM卡上，多个虚拟系统间通过虚拟网卡对的方式共享其该SIM卡的数据网络；该SIM卡对应的虚拟系统的移动网络接口对其余虚拟系统的数据包做NAT转换；其余虚拟系统的网络参数仿照该SIM卡对应的虚拟系统设置。这是对交互机制的具体说明。
进一步地，所述步骤S30中，当位于后台的虚拟系统来电话、来短信时，通过虚拟网卡对通知前台虚拟系统；虚拟系统间会监听来自其他虚拟系统的通知；当某虚拟系统位于后台时，来电话、来短信的事件通过交互机制通知到前台虚拟系统，并由前台虚拟系统通过人机交互界面通知用户；当收到后台事件通知时，如用户选择查看，自动进行前后台虚拟系统的切换。这是对交互机制的具体说明。
进一步地，所述步骤S40中，在已分配有modem和AT模块的虚拟系统中保留与SIM卡相同数量的无线接口层服务，在除ril service0以外的无线接口层服务的上方各增加一个服务守护进程；同时在未分配modem和AT模块的虚拟系统中仅有一个无线接口层服务称为ril service0，在该ril service0下增加了服务代理；所有未分配modem和AT模块的虚拟系统中ril service0和手机的AT模块或modem的交互，都通过服务代理经由虚拟网卡的通路，转给已分配有modem和AT模块的虚拟系统中的服务守护进程；再由服务守护进程转给下方对应的无线接口层服务来完成。这是对代理机制的具体说明。
本申请还提出了一种在多卡手机实现多个虚拟独立电话系统的装置，包括虚拟系统构造单元、资源分配单元、交互单元和代理单元。所述虚拟系统构造单元用于通过Linux内核虚拟化技术在手机中构造出与SIM卡相同数量的多个虚拟的安卓操作系统，简称为虚拟系统。所述资源分配单元用于按SIM卡分配软硬件资源到每个虚拟系统；这是指通过Linux命名空间和控制分组将每张SIM卡对应的软硬件资源按SIM卡分配到对应的虚拟系统中；所述软硬件资源包括CPU、内存、存储、binder设备中的任一项或多项。所述交互单元用于建立虚拟系统间的交互机制；这是指在每个虚拟系统内设立虚拟网卡，通过虚拟网卡之间的通信实现不同虚拟系统之间的交互。所述代理单元用于通过代理解决不同虚拟系统间的业务耦合。上述装置为多卡手机设计了一种虚拟化方案，能够实现多个虚拟系统，每个虚拟系统对应于一张SIM卡并有该SIM卡的完整且独立的电话系统。
进一步地，所述代理单元用于在已分配有modem和AT模块的虚拟系统中保留与SIM卡相同数量的无线接口层服务，在除ril service0以外的无线接口层服务的上方各增加一个服务守护进程；同时在未分配modem和AT模块的虚拟系统中仅有一个无线接口层服务称为ril service0，在该ril service0下增加了服务代理；所有未分配modem和AT模块的虚拟系统中ril service0和手机的AT模块或modem的交互，都通过服务代理经由虚拟网卡通路，转给已分配有modem和AT模块的虚拟系统中的服务守护进程；再由服务守护进程转给下方对应的无线接口层服务来完成。这是对代理单元的详细说明。
本申请取得的技术效果是在不需要硬件虚拟化的前提下，基于一套多卡手机的物理硬件资源，虚拟出与SIM卡相同数量的多个独立的电话系统，使每个独立的电话系统都能达到和物理机类似的使用效果和性能。
附图说明
图1是本申请的在双卡手机实现两个虚拟独立电话系统的方法的一个实施例的流程图。
图2是modem和AT单元分配给某一个虚拟系统的示意图。
图3是移动网络接口分配给某一个虚拟系统的示意图。
图4是本申请在双卡手机实现两个虚拟独立电话系统的装置的一个实施例的结构示意图。
图中附图标记说明：10为虚拟系统构造单元；20为资源分配单元；30为交互单元；40为代理单元。
具体实施方式
下面将以一个具体实施例对本申请的技术方案进行详细说明。该实施例假定一台运行安卓（Android）操作系统的双卡手机，基于单个应用处理器和单个通信处理器的单芯片方案。两张SIM卡分别称为SIM0和SIM1。请参阅图1，该实施例在双卡手机实现两个虚拟独立电话系统的方法包括如下步骤。
步骤S10：通过Linux内核虚拟化技术在手机中构造了两个虚拟的安卓操作系统，简称为虚拟系统，分别称为OS0和OS1。后续将这两个虚拟系统分别构建为两个独立的电话系统，分别对应SIM0和SIM1。所述Linux内核虚拟化技术例如是LXC（Linux Containers，Linux容器）技术，LXC是一种使用Linux内核的控制分组机制的虚拟化系统。
步骤S20：按SIM卡分配软硬件资源到每个虚拟系统。这是指通过Linux命名空间（namespace）和控制分组（cgroup）将每张SIM卡对应的软硬件资源按SIM卡分配到对应的虚拟系统中。一方面各虚拟系统能访问对应的SIM卡的软硬件资源，另一方面各虚拟系统之间相互隔离，确保虚拟系统之间的独立和安全。所述Linux命名空间例如是LXC配置文件。所述软硬件资源例如包括CPU、内存、存储、binder设备等，binder是安卓系统中的一种进程间（interprocess）通信机制。
对于无法分割的软硬件资源，则通过交互和代理的方式，在多个虚拟系统之间实现软硬件资源的共享。后面的步骤S30和步骤S40对此有详细说明。
例如，请参阅图2，手机的modem（modulator-demodulator，调制解调器）是一种硬件资源，只有一个，连接各张SIM卡。将modem分配给某一个虚拟系统（例如OS0），其余虚拟系统（例如OS1）就无法直接访问。AT模块用于在RILD（radio interface layer daemon，无线接口层守护进程）和modem之间进行AT命令交互，是一种软件资源。AT模块一般和modem耦合较深，要按SIM卡进行分割会比较困难，因此只在已分配有modem的虚拟系统（例如OS0）中创建AT模块。后面将通过代理的方式让其余虚拟系统（例如OS1）也能共享modem和AT模块。
又如，请参阅图3，移动网络接口（Mobile Network Interface）是SIM卡上网的数据通道，是一种软件资源。移动网络接口和modem之间耦合较多，因此也只在已分配有modem的虚拟系统（例如OS0）中创建移动网络接口。后面将搭建交互通道让其余虚拟系统（例如OS1）也能访问移动网络接口。
步骤S30：建立虚拟系统间的交互机制。这是指在每个虚拟系统内设立虚拟网卡，通过虚拟网卡之间的通信实现不同虚拟系统之间的交互。具体而言，由于物理上仍是单个手机，虚拟系统之间有很多场景是需要交互和通信的，例如两个虚拟系统间需要共享部分资源时、或后台系统来电话和信息等。由于虚拟系统之间的进程和网络空间都是相互隔离的，无法直接交互。因此基于虚拟网卡的方式构建了虚拟系统之间的快速的交互机制。
请参阅图3，在每个虚拟系统中分别创建可以相互通信的虚拟网卡，虚拟系统OS0中的虚拟网卡是veth0，虚拟系统OS1中的虚拟网卡是veth1。很多双卡单芯片手机方案在同一时间只支持一张SIM卡进行数据业务；数据业务在SIM卡间切换需要一定的时间。如果将虚拟系统和SIM卡的数据业务进行绑定，必然导致同一时间只有一个虚拟系统可以上网，这显然会降低用户的使用体验。考虑到后台虚拟系统也有数据业务的需求（如社交app、在线下载等），将数据业务固定在其中一张SIM卡上，多个虚拟系统间通过虚拟网卡对的方式共享其数据网络。OS1中的app（应用程序）的网络数据通过虚拟网卡veth1和OS0中的虚拟网卡veth0通信，最后通过OS0的移动网络接口和外网交互。这个过程对于OS1中的app是透明的，和在单卡手机上使用数据业务没区别。从外部看来，OS1是隐藏在OS0的移动网络接口背后的，OS0的移动网络接口需要对OS1的数据包做NAT（network address translation，网络地址转换）转换；OS1的DNS（domain name system，域名系统）等网络参数也需要仿照OS0设置，才可以正常访问数据网络。
当位于后台的虚拟系统来电话、来短信时，同样需要通过该虚拟网卡对通知前台虚拟系统，且需要做下列改进。第一，虚拟系统间会监听来自其他虚拟系统的通知。当某虚拟系统位于后台时，来电话、来短信等事件会通过交互机制通知到前台虚拟系统，并由前台虚拟系统通过人机交互界面通知用户。第二，当收到后台事件通知时，如用户选择查看，自动进行前后台虚拟系统的切换。
步骤S40：通过代理解决不同虚拟系统间的业务耦合。双卡手机中，通信处理器等物理资源是共享的，且SIM卡之间的信令和业务逻辑在某些产品形态下（如双待单通等）是有相当部分存在耦合的。需要将这些耦合进行处理，使其对各虚拟系统上的应用透明，让每个虚拟系统通信功能的体验上是各自独立的。
请参阅图2，当AT模块和modem都分配给某一个虚拟系统（例如OS0）时，其余虚拟系统（例如OS1）需要共享这些资源。
在不采用虚拟化技术的手机系统中，会为每张SIM卡创建一个对应的ril service（radio interface layer service，无线接口层服务），从而向上层app提供各SIM卡的功能。对于双卡手机（特别是双卡单通方案），两张SIM卡的功能和使用上存在很多的耦合。对应的，两个ril service之间也会有不少耦合，例如两张SIM卡的初始化时序、数据业务的互斥等，都需要两个ril service间进行协调。
而对于采用了虚拟机技术的手机系统中，例如存在两个虚拟系统的情景下，如果简单地把ril service1直接移动到OS1中，把ril service0保留在OS0中，这对于彼此隔离、无法相互访问的两个虚拟系统来说，ril service1和ril service0之间协调会变得异常复杂、低效，很容易导致相应功能无法正常工作。
本申请通过代理的方式来解决上述问题。请参阅图2，在已分配有modem和AT模块的虚拟系统（例如OS0）中保留与SIM卡相同数量的ril service，在除ril service0以外的ril service的上方各增加一个service daemon（服务守护进程），它们都在已分配有modem和AT模块的虚拟系统（例如OS0）的RILD中。同时在未分配modem和AT模块的虚拟系统（例如OS1）中仅有一个ril service称为ril service0，在该ril service0下增加了serviceproxy（服务代理），它们都在未分配modem和AT模块的虚拟系统（例如OS1）的RILD中。所有未分配modem和AT模块的虚拟系统（例如OS1）中ril service0和手机的AT模块或modem的交互，都通过service proxy经由虚拟网卡veth1至veth0的通路，转给已分配有modem和AT模块的虚拟系统（例如OS0）中的service daemon；再由service daemon转给下方对应的rilservice（例如OS1对应OS0中的ril service1）来完成。这样，一方面OS1能通过代理的方式共享访问手机的AT模块和modem；另一方面也让不同虚拟系统的ril service间的耦合转移到了同一个虚拟系统OS0中的ril service1和ril service0之间，等同与一个普通双卡手机的两个ril service，实现起来简单很多。这些对于OS1中的app在使用电话业务都是透明的，和正常在单卡手机上运行没有区别。
如果是多卡手机，例如有n张sim卡，构建了n个虚拟系统；那么本申请的代理方案中，在已分配有modem和AT模块的虚拟系统（例如OS0）中保留与SIM卡相同数量的rilservice，同时在除ril service0以外的ril service的上方各增加一个service daemon（服务守护进程），也就是service daemon有n-1个，它们都在已分配有modem和AT模块的虚拟系统（例如OS0）的RILD中。
所述步骤S30、步骤S40的顺序没有严格限制，可以任一在前或同时进行。
本申请提出的双卡手机实现两个单卡虚拟机的方法是在不需要硬件虚拟化的前提下，基于Linux内核虚拟化技术，在双卡手机的物理硬件资源上实现两个虚拟系统。每个虚拟系统模拟一个独立电话系统。两个虚拟系统能同时运行，能实现多系统间数据业务的共享、虚拟系统间的消息通知等，并支持动态前后台切换，使每个独立电话系统都能达到和实体手机类似的使用效果和性能。
下面将以一个具体实施例对本申请的技术方案进行详细说明。该实施例假定一台运行安卓操作系统的双卡手机，基于单个应用处理器和单个通信处理器的单芯片方案。两张SIM卡分别称为SIM0和SIM1。请参阅图4，该实施例在双卡手机实现两个虚拟独立电话系统的装置包括虚拟系统构造单元10、资源分配单元20、交互单元30和代理单元40。
所述虚拟系统构造单元10用于通过Linux内核虚拟化技术在手机中构造了两个虚拟的安卓操作系统，简称为虚拟系统，分别称为OS0和OS1。如果推广到其他应用场景，则是在多卡手机中构造出与SIM卡相同数量的多个虚拟系统。
所述资源分配单元20用于按SIM卡分配软硬件资源到每个虚拟系统。这是指通过Linux命名空间和控制分组将每张SIM卡对应的软硬件资源按SIM卡分配到对应的虚拟系统中；所述软硬件资源包括CPU、内存、存储、binder设备中的任一项或多项。
对于无法分割的软硬件资源，则通过交互和代理的方式，在多个虚拟系统之间实现软硬件资源的共享，这是由交互单元30和代理单元40具体实现的。
所述交互单元30用于建立虚拟系统间的交互机制。这是指在每个虚拟系统内设立虚拟网卡，通过虚拟网卡之间的通信实现不同虚拟系统之间的交互。多个虚拟系统间通过虚拟网卡对的方式共享其数据网络。位于后台的虚拟系统来电话、来短信时，也是通过虚拟网卡通知前台虚拟系统。
所述代理单元40用于通过代理解决不同虚拟系统间的业务耦合。这是指在已分配有modem和AT模块的虚拟系统（例如OS0）中保留与SIM卡相同数量的ril service，在除rilservice0以外的ril service的上方各增加一个service daemon。同时在未分配modem和AT模块的虚拟系统（例如OS1）中仅有一个ril service称为ril service0，在该ril service0下增加了service proxy。所有未分配modem和AT模块的虚拟系统（例如OS1）中rilservice0和手机的AT模块或modem的交互，都通过service proxy经由虚拟网卡通路，转给已分配有modem和AT模块的虚拟系统（例如OS0）中的service daemon；再由service daemon转给下方对应的ril service（例如OS1对应OS0中的ril service1）来完成。
综上所述，本申请可以在基于单芯片双卡手机上实现两个虚拟独立的电话系统，每个电话系统包含完整的通信功能。基于同样的原理与思想，本申请可在多卡手机中实现多个独立的虚拟机，每个虚拟机对应一张SIM卡，每个虚拟机能够实现一个独立的、包含所对应的SIM卡的完整通信功能的电话系统。
以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种在多卡手机实现多个虚拟独立电话系统的方法，其特征是，包括如下步骤；
步骤S10：通过Linux内核虚拟化技术在手机中构造出与SIM卡相同数量的多个虚拟的安卓操作系统，简称为虚拟系统；
步骤S20：按SIM卡分配软硬件资源到每个虚拟系统；这是指通过Linux命名空间和控制分组将每张SIM卡对应的软硬件资源按SIM卡分配到对应的虚拟系统中；所述软硬件资源包括CPU、内存、存储、binder设备中的任一项或多项；
步骤S30：建立虚拟系统间的交互机制；这是指在每个虚拟系统内设立虚拟网卡，通过虚拟网卡之间的通信实现不同虚拟系统之间的交互；
步骤S40：通过代理解决不同虚拟系统间的业务耦合；
所述步骤S30、步骤S40的顺序或者任一在前，或者同时进行。
2.根据权利要求1所述的在多卡手机实现多个虚拟独立电话系统的方法，其特征是，所述步骤S10中，所述Linux内核虚拟化技术是LXC，LXC是一种使用Linux内核的控制分组机制的虚拟化系统。
3.根据权利要求2所述的在多卡手机实现多个虚拟独立电话系统的方法，其特征是，所述步骤S20中，所述Linux命名空间是LXC配置文件。
4.根据权利要求1所述的在多卡手机实现多个虚拟独立电话系统的方法，其特征是，所述步骤S20中，手机的modem是一种无法分割的硬件资源，将modem仅分配给某一个虚拟系统；手机的AT模块是一种无法分割的软件资源，只在已分配有modem的虚拟系统中创建AT模块。
5.根据权利要求4所述的在多卡手机实现多个虚拟独立电话系统的方法，其特征是，所述步骤S20中，手机的移动网络接口是一种无法分割的软件资源，只在已分配有modem的虚拟系统中创建移动网络接口。
6.根据权利要求5所述的在多卡手机实现多个虚拟独立电话系统的方法，其特征是，所述步骤S30中，将数据业务固定在手机的其中一张SIM卡上，多个虚拟系统间通过虚拟网卡对的方式共享其该SIM卡的数据网络；该SIM卡对应的虚拟系统的移动网络接口对其余虚拟系统的数据包做NAT转换；其余虚拟系统的网络参数仿照该SIM卡对应的虚拟系统设置。
7.根据权利要求1所述的在多卡手机实现多个虚拟独立电话系统的方法，其特征是，所述步骤S30中，当位于后台的虚拟系统来电话、来短信时，通过虚拟网卡对通知前台虚拟系统；虚拟系统间会监听来自其他虚拟系统的通知；当某虚拟系统位于后台时，来电话、来短信的事件通过交互机制通知到前台虚拟系统，并由前台虚拟系统通过人机交互界面通知用户；当收到后台事件通知时，如用户选择查看，自动进行前后台虚拟系统的切换。
8. 根据权利要求4所述的在多卡手机实现多个虚拟独立电话系统的方法，其特征是，所述步骤S40中，在已分配有modem和AT模块的虚拟系统中保留与SIM卡相同数量的无线接口层服务，在除ril service0以外的无线接口层服务的上方各增加一个服务守护进程；同时在未分配modem和AT模块的虚拟系统中仅有一个无线接口层服务称为ril service0，在该ril service0下增加了服务代理；所有未分配modem和AT模块的虚拟系统中rilservice0和手机的AT模块或modem的交互，都通过服务代理经由虚拟网卡的通路，转给已分配有modem和AT模块的虚拟系统中的服务守护进程；再由服务守护进程转给下方对应的无线接口层服务来完成。
9.一种在多卡手机实现多个虚拟独立电话系统的装置，其特征是，包括虚拟系统构造单元、资源分配单元、交互单元和代理单元；
所述虚拟系统构造单元用于通过Linux内核虚拟化技术在手机中构造出与SIM卡相同数量的多个虚拟的安卓操作系统，简称为虚拟系统；
所述资源分配单元用于按SIM卡分配软硬件资源到每个虚拟系统；这是指通过Linux命名空间和控制分组将每张SIM卡对应的软硬件资源按SIM卡分配到对应的虚拟系统中；所述软硬件资源包括CPU、内存、存储、binder设备中的任一项或多项；
所述交互单元用于建立虚拟系统间的交互机制；这是指在每个虚拟系统内设立虚拟网卡，通过虚拟网卡之间的通信实现不同虚拟系统之间的交互；
所述代理单元用于通过代理解决不同虚拟系统间的业务耦合。
10. 根据权利要求9所述的在多卡手机实现多个虚拟独立电话系统的装置，其特征是，所述代理单元用于在已分配有modem和AT模块的虚拟系统中保留与SIM卡相同数量的无线接口层服务，在除ril service0以外的无线接口层服务的上方各增加一个服务守护进程；同时在未分配modem和AT模块的虚拟系统中仅有一个无线接口层服务称为ril service0，在该ril service0下增加了服务代理；所有未分配modem和AT模块的虚拟系统中rilservice0和手机的AT模块或modem的交互，都通过服务代理经由虚拟网卡通路，转给已分配有modem和AT模块的虚拟系统中的服务守护进程；再由服务守护进程转给下方对应的无线接口层服务来完成。
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