平臺虛擬化專利技術綜述

陳安安 王婧陽 許光華

(國家知識產權局專利局專利審查協作湖北中心，湖北武漢 430070)

平臺虛擬化專利技術綜述

陳安安 王婧陽 許光華

(國家知識產權局專利局專利審查協作湖北中心，湖北武漢 430070)

本文在分析虛擬化基本含義的基礎上，對虛擬化關鍵技術進行了綜述，從CPU虛擬化、內存虛擬化以及I/O接口虛擬化三個方面對國內外有關虛擬化的關鍵技術的研究現狀和發展趨勢進行了分析。

平臺虛擬化；CPU虛擬化；內存虛擬化；I/O接口虛擬化

目前，虛擬化技術深入到計算機應用的方方面面，從平臺虛擬化到資源虛擬化再到應用虛擬化、桌面虛擬化都呈現出一片繁榮景象。虛擬化是一種從邏輯角度來分配不同物理資源的方法，它將計算機中的各種實體資源，如CPU、內存、服務器、網絡等，予以抽象，打破了實體結構間的不可分割性，使用戶可以以比原本的組態更好的方式來應用這些資源。

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的國內、外專利年申請量發展趨勢、專利申請區域分布情況和國內、外專利重要申請人進行統計分析，從中得到技術發展趨勢。

1.1 專利申請量趨勢分析

本節從平臺虛擬化領域專利申請年申請量方面做進一步分析，平臺虛擬化技術從上世紀80年代開始起步，到21世紀初，該技術領域的專利申請量呈現出持續快速增長的態勢。在平臺虛擬化技術領域，國內與全球的專利年申請量發展走勢大體上相同，細微處有差別，這說明國內在該領域的技術發展與國際基本接軌。其中全球申請量從2000年開始，雖然個別年份兒存在小幅度下滑情況，但整體上仍呈現快速增長的態勢，到2013年全球申請量達到峰值，并在2015年出現大幅度回落現象。

1.2 專利申請產出國申請量分布

本節從平臺虛擬化領域專利申請產出國方面做進一步分析，從全球平臺虛擬化專利申請國家分布圖中可以得出，美國的相關專利申請量最大，申請數量比重達到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域中占據著極其重要的角色，處于領先地位。

1.3 重要申請人分布

本節從平臺虛擬化領域重要申請人方面做進一步分析，主要考慮申請人的申請總量，按照申請總量進行排名。排名前五的依次為INT BUSINESS MACHINES CORP（國際商業機器）、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，平臺虛擬化技術的技術門檻在計算機領域相對較高，中小企業很難在此領域占領一席之地。此外，美國的IBM、威睿、英特爾在平臺虛擬化領域占據主導地位，進一步驗證了上一節國別統計結果的準確性。

2 平臺虛擬化技術演進路線分析

為了能夠更加全面詳細地了解平臺虛擬化技術，下面將該技術從CPU虛擬化、內存虛擬化和I/O虛擬化三個技術分支進行演進路線分析，重點分析了各個分支的在不同發展時期的關鍵專利，形成了平臺虛擬化技術演進路線圖。

（1）CPU虛擬化為每個虛擬機提供一個或多個虛擬CPU，多個虛擬CPU分時復用物理CPU，任意時刻一個物理CPU只能被一個虛擬CPU使用。1987年智能機器公司申請的專利（申請號CN87106067）公開了一種通過向大量用戶分配并行計算機資源以提高并行計算機利用率的方法和裝置，該申請允許由處理機陣列中的每個實際處理機對其它并行處理機進行模擬。2007年，CPU虛擬化技術在國內外都迎來高速發展。虛擬機巨頭威睿公司申請的專利（申請號US20070857964A）公開了一種在虛擬計算機系統中處理虛擬輸入輸出的方法，該申請涉及在參考虛擬CPU集所標識的目標處理器中生成虛擬中斷的方法。進入2015年，CPU虛擬化技術愈加成熟。波音公司申請的專利（申請號CN201510606615）公開了一種提供虛擬化服務的方法，該申請中計算機程序可以由執行在主機硬件平臺上的虛擬機中的虛擬中央處理器(CPU)來執行。

（2）內存虛擬化技術把物理機的真實物理內存統一管理，包裝成多個虛擬的物理內存，分別供若干個虛擬機使用，每個虛擬機擁有各自獨立的內存空間。2006年處理器巨頭英特爾公司申請的專利（申請號CN200610004027）公開了一種處理器包括具有存儲器虛擬化支持系統的虛擬化系統，該申請將由虛擬機上可執行的客戶軟件對客戶－物理存儲器的引用映射到對主機的主－物理存儲器的引用。2008年，國內外公司、學校在內存虛擬化技術的研究都有顯著進步。威睿公司申請的專利（申請號US20080261147A）公開了一種用于計算機系統的虛擬機監視器提供方法，該申請涉及實現操作以造成指定虛擬內存地址，重觸發應用對虛擬機監視器的超調用。進入2013年，國內公司也在內存虛擬化技術發力。華為技術公司申請的專利（申請號CN201310752024）公開了一種內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系，實現了在需要修改映射關系時，避免使用宿主機的內核修改映射關系。

（3）I/O虛擬化通過截獲GuestOS對I/O設備的訪問請求，用軟件模擬真實的硬件，復用有限的外設資源。2003年英特爾公司申請的專利（申請號US20030716753A）公開了一種計算機系統的輸入輸出設備的虛擬化方法，該申請涉及在單個虛擬化事件中執行由指令流標識的輸入輸出指令，為I/O虛擬化奠定了基礎。2007年，I/O虛擬化迎來高速發展。國際商業機器公司申請的專利（申請號CN200710137382）公開了一種跨越多個邏輯分區分布虛擬輸入/輸出操作的系統和方法，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應用LPAR而分布虛擬I/O功能，分布式虛擬I/O工具分配每個I/O請求給適當的I/O設備。進入2015年，國內院校研究所也加大了在I/O虛擬化技術上的研究。中國科學院計算技術研究所申請的專利（申請號CN201510233215）公開了一種基于共享I/O虛擬化環境的vCPU調度方法，該申請根據實時監測的共享I/O請求環特征，識別出排隊敏感型虛擬機，提高所識別出的排隊敏感型虛擬機的vCPU調度優先級，該申請能夠緩解因vCPU排隊時間變長而導致的虛擬機網絡性能下降。

圖1 平臺虛擬化技術演進路線圖

3 總結與展望

虛擬化是平臺發展的必然趨勢，虛擬化技術所具備的高度可管理性、提高資源利用率和節能環保的特性正在得到越來越多用戶的青睞。盡管虛擬化技術作為新興的技術,在實際應用中還有著一些不足和局限性,但隨著系統平臺的進一步發展,其功能將會不斷加強和完善，未來虛擬化將不僅僅局限于服務器、存儲和網絡,從虛擬化的數據中心到每個用戶的虛擬桌面,虛擬化將成為未來信息技術的主要表現形式。

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，研究實習員，研究方向：程序控制與編碼譯碼；王婧陽（1990-），女，碩士，研究實習員，研究方向：程序控制與編碼譯碼,等同于第一作者。