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基本概念

  [1]一般意义的虚拟机:

  通过虚拟机软件,你可以在一台物理计算机上模拟出一台或多台虚拟的计算机,这些虚拟机完全就像真正的计算机那样进行工作,例如你可以安装操作系统、安装应用程序、访问网络资源等等。对于你而言,它只是运行在你物理计算机上的一个应用程序,但是对于在虚拟机中运行的应用程序而言,它就像是在真正的计算机中进行工作。因此,当我在虚拟机中进行软件评测时,可能系统一样会崩溃,但是,崩溃的只是虚拟机上的操作系统,而不是物理计算机上的操作系统,并且,使用虚拟机的“Undo”(恢复)功能,我可以马上恢复虚拟机到安装软件之前的状态。[2]

主流虚拟机

  目前流行的虚拟机软件有VMware(VMWare ACE)和VirtualPC,它们都能在Windows系统上虚拟出多个计算机,用于安装Linux、OS/2、FreeBSD等其他操作系统。微软在2003年2月份收购Connectix后,很快发布了MicrosoftVirtual PC 2004。但出于种种考虑,新发布的Virtual PC2004已不再明确支持Linux、FreeBSD、NetWare、Solaris等操作系统,只保留了OS/2,如果要虚拟一台Linux计算机,只能自己手工设置。相比而言,VMware不论是在多操作系统的支持上,还是在执行效率上,都比VirtualPC 2004明显高出一筹。 电脑一台变两台,学用Linux不再有后顾之忧。

虚拟化分类

  微软虚拟化

  IBM虚拟化

  HP虚拟化

  SWsoft虚拟化

  SUN虚拟化

  Intel虚拟化

  AMD虚拟化

  Java虚拟机

常用虚拟机介绍:

VMware

  VMware 可以使你在一台机器上同时运行二个或更多WindowsDOSLINUX系统。与“多启动”系统相比,VMWare采用了完全不同的概念。多启动系统在一个时刻只能运行一个系统,在系统切换时需要重新启动机器。VMWare是真正“同时”运行,多个操作系统在主系统的平台上,就象标准Windows应用程序那样切换。而且每个操作系统你都可以进行虚拟的分区、配置而不影响真实硬盘的数据,你甚至可以通过网卡将几台虚拟机用网卡连接为一个局域网,极其方便。安装在VMware操作系统性能上比直接安装在硬盘上的系统低不少,因此,比较适合学习和测试。

Oracle xVM VirtualBox

  Oracle VM VirtualBox 是由Sun Microsystems公司出品的软件(sun 于2010年被Oracle收购),原由德国innotek公司开发。2008年2月12日,SunMicrosystems宣布将以购买股票的方式收购德国Innotek软件公司,新版不再叫做InnotekVirtualBox,而改叫Sun xVMVirtualBox。2010年1月21日,欧盟终于同意Oracle收购Sun,VirtualBox再次该名变成 Oracle VMVirtualBox。VirtualBox是开源软件。目前VirtualBox 3.2.0支持的操作系统包括:Debian,Fedora, Linux, Mac OS X(Intel), Mandriva, OpenSolaris, PCLiunxOS,Red Hat, SUSE Linux, Solaris 10, Ubuntu, Windows, Xandros,openSUSE等。Oracle VM VirtualBox 支持的客户端操作系统包括:从3.1到Vista的所有版本的Windows、Linux 2.2、2.4和 2.6内核、Solarisx86、OS/2、、OpenBSD、 Netware 、FreeBSD 和 DOS 。在 2007 年 1 月,InnoTek 以GNU General Public License (GPL) 释出 VirtualBox,并提供二进位版本及开放源码版本的代码。

为什么使用虚拟机

  1. 演示环境,可以安装各种演示环境,便于做各种例子;

  2. 保证主机的快速运行,减少不必要的垃圾安装程序,偶尔使用的程序,或者测试用的程序在虚拟机上运行;

  3. 避免每次重新安装,银行等常用工具,不经常使用,而且要求保密比较好的,单独在一个环境下面运行;

  4. 想测试一下不熟悉的应用,在虚拟机中随便安装和彻底删除;

  5. 体验不同版本的操作系统,如Linux、Mac等。

  终端虚拟化由于其带来的维护费用的大幅降低而受到追捧——如能降低占用空间,降低购买软硬件设备的成本,节省能源和更低的维护成本。它比实际存在的终端设备更加具备性价比优势。但这些并非是教育行业和厂商对虚拟化技术情有独钟的惟一原因。另一方面,我们一般较少提及,那就是:虚拟化技术能大幅提升系统的安全性。

VMware虚拟机安装过程

安装介绍:

  VMwareWorkstation虚拟机是一个在Windows或Linux计算机上运行的应用程序,它可以模拟一个基于x86的标准PC环境。这个环境和真实的计算机一样,都有芯片组、CPU、内存、显卡、声卡、网卡、软驱、硬盘、光驱、串口、并口、USB控制器、SCSI控制器等设备,提供这个应用程序的窗口就是虚拟机的显示器。

  在使用上,这台虚拟机和真正的物理主机没有太大的区别,都需要分区、格式化、安装操作系统、安装应用程序和软件,总之,一切操作都跟一台真正的计算机一样。

安装过程

  下面通过例子,介绍使用VMware Workstation创建虚拟机的方法与步骤。

  1.运行VMware Workstation 6,单击“File→New→VirtualMachine”命令,进入创建虚拟机向导,或者直接按“Crtl+N”快捷键同样进入创建虚拟机向导。

  2.在弹出的欢迎页中单击“下一步”按钮。

  3.在“Virtual machine configuration”选项区域内选择“Custom”单选按钮。

  4.在Choose the Virtual Machine HardwareCompatibility页中,选择虚拟机的硬件格式,可以在Hardwarecompatibility下拉列表框中,在VMware Workstation 6、VMware Workstation5或VMware Workstation 4三者之间进行选择。通常情况下选择Workstation6的格式,因为新的虚拟机硬件格式支持更多的功能,选择好后单击“下一步”按钮。

  5.在Select a Guest OperatingSystem对话框中,选择要创建虚拟机类型及要运行的操作系统,这里选择Windows 2000Professional操作系统,单击“下一步”按钮。

  6.在Name the Virtual Machine对话框中,为新建的虚拟机命名并且选择它的保存路径。

  7.在Processors选项区域中选择虚拟机中CPU的数量,如果选择Two,主机需要有两个CPU或者是超线程的CPU。

  8.在Memory for the VirtualMachine页中,设置虚拟机使用的内存,通常情况下,对于Windows98及其以下的系统,可以设置64MB;对于Windows 2000/XP,最少可以设置96MB;对于Windows2003,最低为128MB;对于Windows Vista虚拟机,最低512MB。

  9.在Network Type页中选择虚拟机网卡的“联网类型”

  选择第一项,使用桥接网卡(VMnet0虚拟网卡),表示当前虚拟机与主机(指运行VMwareWorkstation软件的计算机)在同一个网络中。

  选择第二项,使用NAT网卡(VMnet8虚拟网卡),表示虚拟机通过主机单向访问主机及主机之外的网络,主机之外的网络中的计算机,不能访问该虚拟机。

  选择第三项,只使用本地网络(VMnet1虚拟网卡),表示虚拟机只能访问主机及所有使用VMnet1虚拟网卡的虚拟机。主机之外的网络中的计算机不能访问该虚拟机,也不能被该虚拟机所访问。

  选择第四项,没有网络连接,表明该虚拟机与主机没有网络连接。

  10.在Select I/O Adapter Type页中,选择虚拟机的SCSI卡的型号,通常选择默认值即可。

  11.在Select a Disk页中,选择Create a new virtualdisk(创建一个新的虚拟硬盘)。

  12.在Select a Disk Type页中,选择创建的虚拟硬盘的接口方式,通常选择默认值即可。

  13.在Specify Disk Capacity页中设置虚拟磁盘大小,对于一般的使用来说,选择默认值即可。

  14.在Specify Disk File页的Diskfile选项区域内设置虚拟磁盘文件名称,通常选择默认值即可,然后单击完成按钮。

  安装操作系统

安装注意:

  在虚拟机中安装操作系统,和在真实的计算机中安装没有什么区别,但在虚拟机中安装操作系统,可以直接使用保存在主机上的安装光盘镜像(或者软盘镜像)作为虚拟机的光驱(或者软驱)。

  可以用打开前文创建的Windows 2000虚拟机配置文件,在Virtual MachineSettings页中的Hardware选项卡中,选择CD-ROM项,在Connection选项区域内选中Use ISOimage单选按钮,然后浏览选择Windows 2000安装光盘镜像文件(ISO格式)。如果使用安装光盘,则选择Usephysical drive并选择安装光盘所在光驱。

  选择光驱完成后,然后单击工具栏上的播放按钮,打开虚拟机的电源,用鼠标在虚拟机工作窗口中单击一下,进入虚拟机。

  如果想从虚拟机窗口中切换回主机,需要按下Ctrl+Alt热键。

  安装VMware Tools

  在虚拟机中安装完操作系统之后,接下来需要安装VMware Tools。VMwareTools相当于VMware虚拟机的主板芯片组驱动和显卡驱动、鼠标驱动,在安装VMwareTools后,可以极大提高虚拟机的性能,并且可以让虚拟机分辨率以任意大小进行设置,还可以使用鼠标直接从虚拟机窗口中切换到主机中来。

  1.从VM菜单下选择安装VMware Tools。

  2.按照提示安装,最后重新启动虚拟机即可。

Java虚拟机

什么是Java虚拟机

  Java虚拟机(JVM)是Java VirtualMachine的缩写,它是一个虚构出来的计算机,是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能模拟来实现的。Java虚拟机有自己完善的硬件架构,如处理器、堆栈、寄存器等,还具有相应的指令系统。

为什么要使用Java虚拟机

  Java语言的一个非常重要的特点就是与平台的无关性。而使用Java虚拟机是实现这一特点的关键。一般的高级语言如果要在不同的平台上运行,至少需要编译成不同的目标代码。而引入Java语言虚拟机后,Java语言在不同平台上运行时不需要重新编译。Java语言使用模式Java虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息,使得Java语言编译程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码(字节码),就可以在多种平台上不加修改地运行。Java虚拟机在执行字节码时,把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。

谁需要了解Java虚拟机

  Java虚拟机是Java语言底层实现的基础,对Java语言感兴趣的人都应对Java虚拟机有个大概的了解。这有助于理解Java语言的一些性质,也有助于使用Java语言。对于要在特定平台上实现Java虚拟机的软件人员,Java语言的编译器作者以及要用硬件芯片实现Java虚拟机的人来说,则必须深刻理解Java虚拟机的规范。另外,如果你想扩展Java语言,或是把其它语言编译成Java语言的字节码,你也需要深入地了解Java虚拟机。

Java虚拟机支持的数据类型

  Java虚拟机支持Java语言的基本数据类型如下:

  byte://1字节有符号整数的补码

  short://2字节有符号整数的补码

  int://4字节有符号整数的补码

  long://8字节有符号整数的补码

  float://4字节IEEE754单精度浮点数

  double://8字节IEEE754双精度浮点数

  char://2字节无符号Unicode字符

  几乎所有的Java类型检查都是在编译时完成的。上面列出的原始数据类型的数据在Java执行时不需要用硬件标记。操作这些原始数据类型数据的字节码(指令)本身就已经指出了操作数的数据类型,例如iadd、ladd、fadd和dadd指令都是把两个数相加,其操作数类型别是int、long、float和double。虚拟机没有给boolean(布尔)类型设置单独的指令。boolean型的数据是由integer指令,包括integer返回来处理的。boolean型的数组则是用byte数组来处理的。虚拟机使用IEEE754格式的浮点数。不支持IEEE格式的较旧的计算机,在运行Java数值计算程序时,可能会非常慢。

虚拟机支持的其它数据类型包括:

  object//对一个Javaobject(对象)的4字节引用

  returnAddress//4字节,用于jsr/ret/jsr-w/ret-w指令

  注:Java数组被当作object处理。

  虚拟机的规范对于object内部的结构没有任何特殊的要求。在Sun公司的实现中,对object的引用是一个句柄,其中包含一对指针:一个指针指向该object的方法表,另一个指向该object的数据。用Java虚拟机的字节码表示的程序应该遵守类型规定。Java虚拟机的实现应拒绝执行违反了类型规定的字节码程序。Java虚拟机由于字节码定义的限制似乎只能运行于32位地址空间的机器上。但是可以创建一个Java虚拟机,它自动地把字节码转换成64位的形式。从Java虚拟机支持的数据类型可以看出,Java对数据类型的内部格式进行了严格规定,这样使得各种Java虚拟机的实现对数据的解释是相同的,从而保证了Java的与平台无关性和可

  移植性。

Java虚拟机体系结构

  Java虚拟机由五个部分组成:一组指令集、一组寄存器、一个栈、一个无用单元收集堆(Garbage-collected-heap)、一个方法区域。这五部分是Java虚拟机的逻辑成份,不依赖任何实现技术或组织方式,但它们的功能必须在真实机器上以某种方式实现。

Java指令集

  Java虚拟机支持大约248个字节码。每个字节码执行一种基本的CPU运算,例如,把一个整数加到寄存器,子程序转移等。Java指令集相当于Java程序的汇编语言。

  Java指令集中的指令包含一个单字节的操作符,用于指定要执行的操作,还有0个或多个操作数,提供操作所需的参数或数据。许多指令没有操作数,仅由一个单字节的操作符构成。

  虚拟机的内层循环的执行过程如下:

  do{

  取一个操作符字节;

  根据操作符的值执行一个动作;

  }while(程序未结束)

  由于指令系统的简单性,使得虚拟机执行的过程十分简单,从而有利于提高执行的效率。指令中操作数的数量和大小是由操作符决定的。如果操作数比一个字节大,那么它存储的顺序是高位字节优先。例如,一个16位的参数存放时占用两个字节,其值为:

  第一个字节*256+第二个字节字节码指令流一般只是字节对齐的。指令tabltch和lookup是例外,在这两条指令内部要求强制的4字节边界对齐。

寄存器

  Java虚拟机的寄存器用于保存机器的运行状态,与微处理器中的某些专用寄存器类似。

  Java虚拟机的寄存器有四种:

  pc:Java程序计数器。

  optop:指向操作数栈顶端的指针。

  frame:指向当前执行方法的执行环境的指针。

  vars:指向当前执行方法的局部变量区第一个变量的指针。

  Java虚拟机

  Java虚拟机是栈式的,它不定义或使用寄存器来传递或接受参数,其目的是为了保证指令集的简洁性和实现时的高效性(特别是对于寄存器数目不多的处理器)。

  所有寄存器都是32位的。

  Java虚拟机的栈有三个区域:局部变量区、运行环境区、操作数区。

  (1)局部变量区

  每个Java方法使用一个固定大小的局部变量集。它们按照与vars寄存器的字偏移量来寻址。局部变量都是32位的。长整数和双精度浮点数占据了两个局部变量的空间,却按照第一个局部变量的索引来寻址。(例如,一个具有索引n的局部变量,如果是一个双精度浮点数,那么它实际占据了索引n和n+1所代表的存储空间。)虚拟机规范并不要求在局部变量中的64位的值是64位对齐的。虚拟机提供了把局部变量中的值装载到操作数栈的指令,也提供了把操作数栈中的值写入局部变量的指令。

  (2)运行环境区

  在运行环境中包含的信息用于动态链接,正常的方法返回以及异常传播。

  ·动态链接

  运行环境包括对指向当前类和当前方法的解释器符号表的指针,用于支持方法代码的动态链接。方法的class文件代码在引用要调用的方法和要访问的变量时使用符号。动态链接把符号形式的方法调用翻译成实际方法调用,装载必要的类以解释还没有定义的符号,并把变量访问翻译成与这些变量运行时的存储结构相应的偏移地址。动态链接方法和变量使得方法中使用的其它类的变化不会影响到本程序的代码。

  ·正常的方法返回

  如果当前方法正常地结束了,在执行了一条具有正确类型的返回指令时,调用的方法会得到一个返回值。执行环境在正常返回的情况下用于恢复调用者的寄存器,并把调用者的程序计数器增加一个恰当的数值,以跳过已执行过的方法调用指令,然后在调用者的执行环境中继续执行下去。

  ·异常和错误传播

  异常情况在Java中被称作Error(错误)或Exception(异常),是Throwable类的子类,在程序中的原因是:①动态链接错,如无法找到所需的class文件。②运行时错,如对一个空指针的引用

  ·程序使用了throw语句。

  当异常发生时,Java虚拟机采取如下措施:

  ·检查与当前方法相联系的catch子句表。每个catch子句包含其有效指令范围,能够处理的异常类型,以及处理异常的代码块地址。

  ·与异常相匹配的catch子句应该符合下面的条件:造成异常的指令在其指令范围之内,发生的异常类型是其能处理的异常类型的子类型。如果找到了匹配的catch子句,那么系统转移到指定的异常处理块处执行;如果没有找到异常处理块,重复寻找匹配的catch子句的过程,直到当前方法的所有嵌套的catch子句都被检查过。

  ·由于虚拟机从第一个匹配的catch子句处继续执行,所以catch子句表中的顺序是很重要的。因为Java代码是结构化的,因此总可以把某个方法的所有的异常处理器都按序排列到一个表中,对任意可能的程序计数器的值,都可以用线性的顺序找到合适的异常处理块,以处理在该程序计数器值下发生的异常情况。

  ·如果找不到匹配的catch子句,那么当前方法得到一个"未截获异常"的结果并返回到当前方法的调用者,好像异常刚刚在其调用者中发生一样。如果在调用者中仍然没有找到相应的异常处理块,那么这种错误传播将被继续下去。如果错误被传播到最顶层,那么系统将调用一个缺省的异常处理块。

  (3)操作数栈区机器指令只从操作数栈中取操作数,对它们进行操作,并把结果返回到栈中。选择栈结构的原因是:在只有少量寄存器或非通用寄存器的机器(如Intel486)上,也能够高效地模拟虚拟机的行为。操作数栈是32位的。它用于给方法传递参数,并从方法接收结果,也用于支持操作的参数,并保存操作的结果。例如,iadd指令将两个整数相加。相加的两个整数应该是操作数栈顶的两个字。这两个字是由先前的指令压进堆栈的。这两个整数将从堆栈弹出、相加,并把结果压回到操作数栈中。

  每个原始数据类型都有专门的指令对它们进行必须的操作。每个操作数在栈中需要一个存储位置,除了long和double型,它们需要两个位置。操作数只能被适用于其类型的操作符所操作。例如,压入两个int类型的数,如果把它们当作是一个long类型的数则是非法的。在Sun的虚拟机实现中,这个限制由字节码验证器强制实行。但是,有少数操作(操作符dupe和swap),用于对运行时数据区进行操作时是不考虑类型的。

无用单元收集堆

  Java的堆是一个运行时数据区,类的实例(对象)从中分配空间。Java语言具有无用单元收集能力:它不给程序员显式释放对象的能力。Java不规定具体使用的无用单元收集算法,可以根据系统的需求使用各种各样的算法。

方法区

  方法区与传统语言中的编译后代码或是Unix进程中的正文段类似。它保存方法代码(编译后的java代码)和符号表。在当前的Java实现中,方法代码不包括在无用单元收集堆中,但计划在将来的版本中实现。每个类文件包含了一个Java类或一个Java界面的编译后的代码。可以说类文件是Java语言的执行代码文件。为了保证类文件的平台无关性,Java虚拟机规范中对类文件的格式也作了详细的说明。其具体细节请参考Sun公司的Java虚拟机规范。[3]

虚拟机杀毒技术

  虚拟机并不是新技术,目前微软、JAVA等虚拟机都已经十分成熟,在一台电脑上安装一个虚拟机和多个操作系统,已经成为许多评测人员和计算机病毒分析人员必需工作条件。而将虚拟机技术应用到杀毒方面,却是一个杀毒业界一直在追求和探索的课题。“虚拟机杀毒技术”即是在电脑中创造一个虚拟CPU环境,将病毒在虚拟环境中激活,根据其行为特征,从而判断是否是病毒。有专家认为,所谓虚拟机技术,就是用软件先虚拟一套运行环境,让病毒先在该虚拟环境下运行,从而观察病毒的执行过程。这个技术主要用来应对加壳和加密的病毒,因为这两类病毒在执行时最终还是要自身脱壳和解密的,这样,杀毒软件就可以在其“现出原形”之后通过特征码查毒法对其进行查杀。

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