CN115543545A - Jailhouse使用ACPI实现设备隔离的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及Jailhouse使用ACPI实现设备隔离的方法，采用动态更新ACPI‑DSDT表的方式实现jailhouse的ACPI设备管理下的设备隔离。本发明在ACPI动态更新技术的基础上，通过删除ACPI DSDT表中的特定设备描述部分，使得系统无法识别和初始化特定设备，从而让jailhouse中的虚拟机独立的使用特定设备，达到在ACPI下的Jailhouse设备隔离功能。

Description

Jailhouse使用ACPI实现设备隔离的方法
技术领域
本发明涉及虚拟机隔离技术领域，具体涉及Jailhouse使用ACPI实现设备隔离的方法。
背景技术
当下嵌入式芯片技术发展迅速，越来越多的嵌入式产品开始使用多核芯片。随着ARM芯片主频提升、芯片制程工艺提高，ARM芯片的性能越来越好，已经完全能够与传统的X86芯片在桌面及服务器领域展开正面竞争。但ARM架构在通常使用devicetree进行设备管理，与传统的X86平台在通用性上有所差距，ARM架构为提高自身竞争力，已经能够兼容X86平台的ACPI设备管理机制。
在工业控制领域，Linux系统市场占有率越来越高，但Linux系统在实时性方面并不具备优势。使用嵌入式虚拟化技术，可以在多核芯片中隔离出特定的CPU、内存区域、外围设备用于专为实时性设计的系统运行，如FreeRTOS或VxWorks，从而提高系统的实时响应能力。
Jailhouse即是一款典型的嵌入式虚拟化管理工具。它能够像qemu一样创建虚拟机，如虚拟FreeRTOS、虚拟Linux。但与qemu不同的是，虚拟机并不是以进程方式存在于宿主机中，而是单独运行在独立的CPU中，不能被打断、不能被调度。Jailhouse虚拟机使用的资源，如外围设备，都是无法与宿主机共享的。
为了让jailhouse虚拟机能够使用外围设备，需要对宿主机的设备进行隔离，但是Jailhouse在进行虚拟化时只能支持devicetree设备管理，并不支持ACPI设备管理，从而使得Jailhouse在应用范围被大大限制。
嵌入式虚拟化管理软件Jailhouse本身只提供了DTB设备管理机制，即只能完成DTB下的设备隔离，并未提供ACPI设备管理机制。当使用工控机或者PC机时，则无法实现设备隔离的隔离功能。
发明内容
为解决已有技术存在的不足，本发明提供了一种Jailhouse使用ACPI实现设备隔离的方法，包括如下步骤：
步骤S1：使用设备ACPI信息导出工具提取当前内核的ACPI表得到acpidump.bin；
步骤S2：提取acpidump.bin文件中的板载设备定义表文件dsdt.dat；
步骤S3：把dsdt.dat文件翻译成可进行文本编辑的dsdt.dsl源码文件；
步骤S4：对dsdt.dsl源码文件进行修改；
步骤S5：把修改后的dsdt.dsl文件编译成可以被linux系统启动时识别的dsdt.aml文件；
步骤S6：把dsdt.aml文件放到根据内核代码中规定的路径创建kernel/firmware/acpi目录下；
步骤S7：把所形成的内核文件夹打包成cpio格式的dsdt.img文件，并把dsdt.img文件与linux系统启动时默认使用的initramfs.img文件合并成一个文件，并重命名为dsdt-new.img；
步骤S8：在系统启动时选择dsdt-new.img，等待系统启动完成后即得到特定设备（如ETH1）隔离的Linux系统。
其中，还包括步骤S9：在系统启动后，使用ipa命令查看，无法找到eth1网卡，证明设备隔离成功。
其中，所述步骤S3中，使用iasl工具把dsdt.dat文件翻译成可进行文本编辑的dsdt.dsl源码文件。
其中，所述步骤S4中，对dsdt.dsl源码文件进行的修改包括注释掉特定设备描述部分、增加文件版本号两部分。
其中，所述步骤S4中，对dsdt.dsl源码文件进行的修改包括：找到ETH1设备描述部分，并且使用注释符号注释掉ETH1描述部分，于此同时修改该文件的版本号，将版本号加1。
本发明在ACPI动态更新技术的基础上，通过删除ACPI DSDT表中的特定设备描述部分，使得系统无法识别和初始化特定设备，从而让jailhouse中的虚拟机独立的使用特定设备，达到在ACPI下的Jailhouse设备隔离功能。
附图说明
图1为本发明的Jailhouse使用ACPI实现设备隔离的方法的实现逻辑图。
具体实施方式
为了对本发明的技术方案及有益效果有更进一步的了解，下面结合附图详细说明本发明的技术方案及其产生的有益效果。
图1为本发明的Jailhouse使用ACPI实现设备隔离的方法的实现逻辑图，本发明采用动态更新ACPI-DSDT表的方式实现jailhouse的ACPI设备管理下的设备隔离：先把存储在设备BIOS内的ACPI信息导出到acpidump.bin文件中，再提取acpidump.bin文件中的板载设备定义表文件，即dsdt.dat。并把dsdt.dat文件翻译成可进行文本编辑的dsdt.dsl源码文件。对dsdt.dsl源码文件进行修改，修改包括注释掉特定设备描述部分（例如ETH1部分）、增加文件版本号两部分。并把修改后的dsdt.dsl文件编译成可以被linux系统启动时识别的dsdt.aml文件，并把dsdt.aml文件放到根据内核代码中规定的路径创建kernel/firmware/acpi目录下，即形成kernel/firmware/acpi/dsdt.aml路径。再把上述kernel文件夹打包成cpio格式的dsdt.img文件，并把dsdt.img文件与linux系统启动时默认使用的initramfs.img文件合并成一个文件，并重命名为dsdt-new.img。在系统启动时选择dsdt-new.img，等待系统启动完成后即得到特定设备（如ETH1）隔离的Linux系统。在当前系统下启动jailhouse虚拟化软件，并使用事先准备好的包含了特定设备（如ETH1）的DTB文件启动Guest Linux系统，等待Guest Linux系统启动完成后，即可看到特定设备（如ETH1）在GuestLinux系统中，为特定设备（如ETH1）配置正确的局域网IP，即可通过ssh或者ping命令完成对Guest Linux系统的访问。
由此，本发明在ACPI动态更新技术的基础上，通过删除ACPI DSDT表中的特定设备描述部分，使得系统无法识别和初始化特定设备，从而让jailhouse中的虚拟机独立的使用特定设备，达到在ACPI下的Jailhouse设备隔离功能。
以ARM架构的实体机安装银河麒麟V10桌面版系统为例，详细的实施步骤如下：
1、安装设备ACPI信息导出工具
Apt install acpidump。
2、使用设备ACPI信息导出工具提取当前内核的ACPI表得到acpidump.bin
acpidump -o acpidump.bin。
3、使用ACPI信息提取工具提取步骤2中得到的acpidump.bin二进制ACPI表得到二进制的板载设备定义表文件dsdt.dat
acpixtract-a acpidump.bin。
4、使用iasl工具对步骤3中得到的dsdt.dat进行解析得到板载设备定义表文件的源码文件dsdt.dsl
iasl-d dsdt.dat。
5、手动编辑步骤4中得到的板载设备定义表文件的源码文件dsdt.dsl，找到ETH1设备描述部分，并且使用注释符号注释掉ETH1描述部分，于此同时修改该文件的版本号，版本号加1即可，把修改后的文件另存为dsdt-new.dsl文件
6、使用iasl创建步骤5中得到的dsdt-new.dsl文件的可以被linux系统识别并执行的汇编文件dsdt-new.aml
iasl-sa dsdt-new.dsl。
7、根据内核源码规定的更新ACPI表的路径，创建kernel/firmware/acpi，并把步骤6中得到的文件dsdt-new.aml放到目录下
mkdir-p kernel/firmware/acpi。
8、使用cpio工具，把步骤7中的kernel目录打包成cpio格式的dsdt.img文件并放到/boot目录
find kernel | cpio-H newc--create > /boot/dsdt.img。
9、把启动时用到的initramfs.img与步骤8生成的dsdt.img两个合并成在一起
cat /boot/initramfs.img >> /boot/dsdt-new.img。
10、重启，并选择步骤9生成的/boot/dsdt-new.img作为新的initramfs启动。
11、启动后，使用ip a命令查看，无法找到eth1网卡，证明设备隔离成功。
12、启动jailhouse，使用带有eth1资源定义的DTB运行linux系统，使用ip a可以看到eth1网卡，并通过此网卡可以对外进行正常的业务通讯。此步骤不属于本发明实现范围，不在此做描述。
本发明中，所涉及到的术语的含义如下：
ACPI：Advanced Configuration and Power Interface缩写。是高级配置与电源管理接口的意思，是微软、英特尔和东芝共同开发的一种工业标准。通常用在X86架构下，如个人PC、高性能服务器、工控机。ACPI是一种硬件资源的定义规范，使用ACPI可以更让操作系统厂商屏蔽底层硬件具体差异，可以让操作系统无需修改即可适配所有的ACPI硬件平台。
acpidump：ACPI相关信息通常存储在设备内部的BIOS芯片中。为了查看设备的ACPI相关信息需要借助专门的工具，即acpidump工具。
该工具能够以二进制的方式读取出ACPI相关信息。使用acpidump-o xxxx命令即可读取ACPI信息并输出到xxxx文件中,但是该文件是人类不可读的文件，需要进一步使用其他工具对该文件进行翻译。例如acpidump-o acpidump.bin，意思为提取当前设备ACPI信息到acpidump.bin文件中。
acpixtract：该工具运行在linux平台，用于从acpidump.bin中提取数据，并以数据文件的形式展现给用户。使用acpixtract-a acpidump.bin，可以自动得到多个文件，分别为dsdt.dat、ssdt.dat、apic.dat、mcfg.dat、gtdt.dat、facp.dat、iort.dat、spcr.dat、vfct.dat。其中dsdt.dat文件存储的信息是板载设备定义表，该文件规定所有的板载设备的内存空间、中断号等信息。ssdt.dsl文件存储的信息是pci设备相关定义。其他文件在该专利中不涉及，暂时不介绍。
dat/dsl/aml：以dat为后缀的文件，它是二进制格式的文件，人类无法直接阅读。以dsl为后缀的文件，它是dat文件通过专用工具翻译后得到的文件，它可以被人类读懂，也可以使用文本编辑器对该文件进行修改。以aml为后缀的文件，它是linux系统可以识别并执行的文件，只有这种文件才能正确加载到系统中。
iasl：该工具运行在linux平台，用于把acpixtract工具输出的人类无法阅读的*.dat文件转换成*.dsl文件，该文件可以被人类阅读，也可以使用文本编辑器对dsl进行修改。使用iasl-d dsdt.dat命令，可以自动把dsdt.dat文件翻译成dsdt.dsl文件。使用iasl-sa dsdt.dsl命令，可以自动把dsdt.dsl文件转换成dsdt.aml汇编文件。
kernel/firmware/acpi目录：该目录是linux内核规定好的，在该路径下的所有aml文件可以在开机启动时被自动加载到系统中。
cpio：cpio是一种linux系统中的文件夹打包格式，类似于windows下的zip、rar。在标准的Linux系统启动时先启动linux内核，即vmlinuz，再加载initrd.img或者initramfs.img，最后挂载真正的根文件系统。而initrd.img和initramfs.img真实的压缩格式即为cpio格式。
dsdt.img：该文件是包含了dsdt-new.aml和正确的aml加载路径即kernel/firmware/acpi的cpio格式的文件，该文件可以用于Linux系统启动时自动更新dsdt-new.aml文件对应的ACPI DSDT相关数据。
initramfs.img：该文件是linux启动时默认使用的文件。
dsdt-new.img：该文件是包含了dsdt.img和initramfs.img文件的可用于linux启动的文件，使用该文件启动时，即可自动完成dsdt-new.aml文件对应的ACPI DSDT相关数据更新。
Devicetree：设备树，是ARM架构下的底层设备和资源的定义规范。ARM架构使用devicetree技术，屏蔽底层设备差异，让操作系统可以无需修改即可适配多种平台。通常嵌入式平台均使用Devicetree的方式定义硬件资源。
DTS：即Device Tree Source，是devicetree的描述文件源码。
DTB：即Device Tree Blob，是编译后的二进制格式的Device Tree描述。
FreeRTOS：是一种体积、代码量非常小的实时操作系统，常用工业控制领域、航天领域等对操作系统响应速度有严格限制的场景。它是开源系统。
VxWorks：是一种体积小、实时响应性能高、工控领域应用广泛的实时操作系统。
qemu：一种可以运行在linux系统上的软件，这个软件可以用来运行其他操作系统，包括linux、windows、VxWorks、FreeRTOS等。它的运行效率很低，功能丰富，是目前linux系统中应用最广泛的虚拟机软件。
Jailhouse：一种可以运行在linux系统上的软件，这个软件可以用来运行其他操作系统，包括linux、windows、VxWorks、FreeRTOS等。它的运行效率比较高、占用资源少，但是功能简陋。
本发明提供的动态更新ACPI DSDT描述表的方法结合Jailhouse，可以使嵌入式虚拟化管理软件Jailhouse在ARM架构下支持ACPI设备管理机制，能够使Jailhouse应用于使用ACPI设备管理机制的工控机、个人PC甚至是高性能服务器中，使Jailhouse的应用领域大大增加。
虽然本发明已利用上述较佳实施例进行说明，然其并非用以限定本发明的保护范围，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围之内，相对上述实施例进行各种变动与修改仍属本发明所保护的范围，因此本发明的保护范围以权利要求书所界定的为准。

Claims (5)

1.Jailhouse使用ACPI实现设备隔离的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：使用设备ACPI信息导出工具提取当前内核的ACPI表得到acpidump.bin；
步骤S2：提取acpidump.bin文件中的板载设备定义表文件dsdt.dat；
步骤S3：把dsdt.dat文件翻译成可进行文本编辑的dsdt.dsl源码文件；
步骤S4：对dsdt.dsl源码文件进行修改；
步骤S5：把修改后的dsdt.dsl文件编译成可以被linux系统启动时识别的dsdt.aml文件；
步骤S6：把dsdt.aml文件放到根据内核代码中规定的路径创建kernel/firmware/acpi目录下；
步骤S7：把所形成的内核文件夹打包成cpio格式的dsdt.img文件，并把dsdt.img文件与linux系统启动时默认使用的initramfs.img文件合并成一个文件，并重命名为dsdt-new.img；
步骤S8：在系统启动时选择dsdt-new.img，等待系统启动完成后得到特定设备隔离的Linux系统。
2.如权利要求1所述的Jailhouse使用ACPI实现设备隔离的方法，其特征在于，还包括步骤S9：在系统启动后，使用ipa命令查看，无法找到eth1网卡，证明设备隔离成功。
3.如权利要求1所述的Jailhouse使用ACPI实现设备隔离的方法，其特征在于，所述步骤S3中，使用iasl工具把dsdt.dat文件翻译成可进行文本编辑的dsdt.dsl源码文件。
4.如权利要求1所述的Jailhouse使用ACPI实现设备隔离的方法，其特征在于，所述步骤S4中，对dsdt.dsl源码文件进行的修改包括注释掉特定设备描述部分、增加文件版本号两部分。
5.如权利要求1所述的Jailhouse使用ACPI实现设备隔离的方法，其特征在于，所述步骤S4中，对dsdt.dsl源码文件进行的修改包括：找到ETH1设备描述部分，并且使用注释符号注释掉ETH1描述部分，于此同时修改该文件的版本号，将版本号加1。
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