平台虚拟化专利技术综述

陈安安 王婧阳 许光华

(国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心，湖北武汉 430070)

平台虚拟化专利技术综述

陈安安 王婧阳 许光华

(国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心，湖北武汉 430070)

本文在分析虚拟化基本含义的基础上，对虚拟化关键技术进行了综述，从CPU虚拟化、内存虚拟化以及I/O接口虚拟化三个方面对国内外有关虚拟化的关键技术的研究现状和发展趋势进行了分析。

平台虚拟化；CPU虚拟化；内存虚拟化；I/O接口虚拟化

目前，虚拟化技术深入到计算机应用的方方面面，从平台虚拟化到资源虚拟化再到应用虚拟化、桌面虚拟化都呈现出一片繁荣景象。虚拟化是一种从逻辑角度来分配不同物理资源的方法，它将计算机中的各种实体资源，如CPU、内存、服务器、网络等，予以抽象，打破了实体结构间的不可分割性，使用户可以以比原本的组态更好的方式来应用这些资源。

1 平台虚拟化专利的申请情况分析

本章主要对平台虚拟化技术的国内、外专利年申请量发展趋势、专利申请区域分布情况和国内、外专利重要申请人进行统计分析，从中得到技术发展趋势。

1.1 专利申请量趋势分析

本节从平台虚拟化领域专利申请年申请量方面做进一步分析，平台虚拟化技术从上世纪80年代开始起步，到21世纪初，该技术领域的专利申请量呈现出持续快速增长的态势。在平台虚拟化技术领域，国内与全球的专利年申请量发展走势大体上相同，细微处有差别，这说明国内在该领域的技术发展与国际基本接轨。其中全球申请量从2000年开始，虽然个别年份儿存在小幅度下滑情况，但整体上仍呈现快速增长的态势，到2013年全球申请量达到峰值，并在2015年出现大幅度回落现象。

1.2 专利申请产出国申请量分布

本节从平台虚拟化领域专利申请产出国方面做进一步分析，从全球平台虚拟化专利申请国家分布图中可以得出，美国的相关专利申请量最大，申请数量比重达到52%，其次是中国，再次是日本。这说明美国和中国在平台虚拟化领域中占据着极其重要的角色，处于领先地位。

1.3 重要申请人分布

本节从平台虚拟化领域重要申请人方面做进一步分析，主要考虑申请人的申请总量，按照申请总量进行排名。排名前五的依次为INT BUSINESS MACHINES CORP（国际商业机器）、VMWARE INC（威睿）、HITACHI LTD（日立）、INTEL CORP（英特尔）、HUAWEI TECHNOLO⁃GIES CO LTD（华为）。从重要申请人分布来看，在国外申请中申请量较大的集中在大型跨国公司。由此可以看出，平台虚拟化技术的技术门槛在计算机领域相对较高，中小企业很难在此领域占领一席之地。此外，美国的IBM、威睿、英特尔在平台虚拟化领域占据主导地位，进一步验证了上一节国别统计结果的准确性。

2 平台虚拟化技术演进路线分析

为了能够更加全面详细地了解平台虚拟化技术，下面将该技术从CPU虚拟化、内存虚拟化和I/O虚拟化三个技术分支进行演进路线分析，重点分析了各个分支的在不同发展时期的关键专利，形成了平台虚拟化技术演进路线图。

（1）CPU虚拟化为每个虚拟机提供一个或多个虚拟CPU，多个虚拟CPU分时复用物理CPU，任意时刻一个物理CPU只能被一个虚拟CPU使用。1987年智能机器公司申请的专利（申请号CN87106067）公开了一种通过向大量用户分配并行计算机资源以提高并行计算机利用率的方法和装置，该申请允许由处理机阵列中的每个实际处理机对其它并行处理机进行模拟。2007年，CPU虚拟化技术在国内外都迎来高速发展。虚拟机巨头威睿公司申请的专利（申请号US20070857964A）公开了一种在虚拟计算机系统中处理虚拟输入输出的方法，该申请涉及在参考虚拟CPU集所标识的目标处理器中生成虚拟中断的方法。进入2015年，CPU虚拟化技术愈加成熟。波音公司申请的专利（申请号CN201510606615）公开了一种提供虚拟化服务的方法，该申请中计算机程序可以由执行在主机硬件平台上的虚拟机中的虚拟中央处理器(CPU)来执行。

（2）内存虚拟化技术把物理机的真实物理内存统一管理，包装成多个虚拟的物理内存，分别供若干个虚拟机使用，每个虚拟机拥有各自独立的内存空间。2006年处理器巨头英特尔公司申请的专利（申请号CN200610004027）公开了一种处理器包括具有存储器虚拟化支持系统的虚拟化系统，该申请将由虚拟机上可执行的客户软件对客户－物理存储器的引用映射到对主机的主－物理存储器的引用。2008年，国内外公司、学校在内存虚拟化技术的研究都有显著进步。威睿公司申请的专利（申请号US20080261147A）公开了一种用于计算机系统的虚拟机监视器提供方法，该申请涉及实现操作以造成指定虚拟内存地址，重触发应用对虚拟机监视器的超调用。进入2013年，国内公司也在内存虚拟化技术发力。华为技术公司申请的专利（申请号CN201310752024）公开了一种内存虚拟化的方法及装置，该申请通过建立HVA层到硬盘的存储空间之间的映射关系，实现了在需要修改映射关系时，避免使用宿主机的内核修改映射关系。

（3）I/O虚拟化通过截获GuestOS对I/O设备的访问请求，用软件模拟真实的硬件，复用有限的外设资源。2003年英特尔公司申请的专利（申请号US20030716753A）公开了一种计算机系统的输入输出设备的虚拟化方法，该申请涉及在单个虚拟化事件中执行由指令流标识的输入输出指令，为I/O虚拟化奠定了基础。2007年，I/O虚拟化迎来高速发展。国际商业机器公司申请的专利（申请号CN200710137382）公开了一种跨越多个逻辑分区分布虚拟输入/输出操作的系统和方法，该申请中分布式虚拟I/O工具通过跨越由高速通信信道所连接的多个应用LPAR而分布虚拟I/O功能，分布式虚拟I/O工具分配每个I/O请求给适当的I/O设备。进入2015年，国内院校研究所也加大了在I/O虚拟化技术上的研究。中国科学院计算技术研究所申请的专利（申请号CN201510233215）公开了一种基于共享I/O虚拟化环境的vCPU调度方法，该申请根据实时监测的共享I/O请求环特征，识别出排队敏感型虚拟机，提高所识别出的排队敏感型虚拟机的vCPU调度优先级，该申请能够缓解因vCPU排队时间变长而导致的虚拟机网络性能下降。

图1 平台虚拟化技术演进路线图

3 总结与展望

虚拟化是平台发展的必然趋势，虚拟化技术所具备的高度可管理性、提高资源利用率和节能环保的特性正在得到越来越多用户的青睐。尽管虚拟化技术作为新兴的技术,在实际应用中还有着一些不足和局限性,但随着系统平台的进一步发展,其功能将会不断加强和完善，未来虚拟化将不仅仅局限于服务器、存储和网络,从虚拟化的数据中心到每个用户的虚拟桌面,虚拟化将成为未来信息技术的主要表现形式。

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

陈安安（1989-），女，硕士，研究实习员，研究方向：程序控制与编码译码；王婧阳（1990-），女，硕士，研究实习员，研究方向：程序控制与编码译码,等同于第一作者。