自动驾驶（八十七）---------虚拟机Hypervisor

news2024/11/15 4:37:47

在汽车电子电气架构发展中，SOA和中央计算是重要的趋势，boach的下图广为流传。因为仪表、座舱、智驾根据不同的需求选择不同的系统，这就导致虚拟机技术是实现中央计算的重要技术。

Hypervisor可以在一台硬件上运行多个虚拟机（VM），每个虚拟机可以运行不同的操作系统和应用程序。这种架构允许不同系统在同一个硬件平台上运行，同时保持彼此隔离，提高了系统的安全性和可靠性。

1. 工作原理

Hypervisor的工作原理可以分为以下几个步骤：

硬件抽象：Hypervisor在硬件之上运行，并提供对底层硬件资源的抽象。它管理CPU、内存、I/O设备等资源的分配和访问。
虚拟机创建：Hypervisor可以创建多个虚拟机，每个虚拟机都有自己的虚拟硬件环境和操作系统。这些虚拟机可以独立运行，不会互相干扰。
资源分配：Hypervisor动态分配硬件资源给不同的虚拟机。资源分配可以是静态的（在虚拟机创建时分配固定的资源）或动态的（在虚拟机运行过程中根据需要调整资源）。
隔离和保护：每个虚拟机之间是隔离的，Hypervisor确保一个虚拟机的问题不会影响到其他虚拟机。这种隔离增强了系统的安全性和稳定性。
虚拟机监控：Hypervisor监控各个虚拟机的状态，确保资源的高效利用，并在需要时进行资源调整或错误处理。

2. 系统启动流程：

启动硬件：打开汽车电源，启动硬件系统，包括CPU、内存、I/O设备等。
启动Hypervisor：硬件启动后，首先加载Hypervisor。Hypervisor是最底层的软件，它直接运行在硬件之上，并管理所有硬件资源。
初始化Hypervisor：Hypervisor初始化，包括检测硬件、配置资源管理器、启动调度程序等。这一步确保Hypervisor能够正确管理和分配系统资源。
创建虚拟机：Hypervisor根据预设配置创建多个虚拟机（VM），每个虚拟机有自己的虚拟硬件环境。
加载操作系统：在每个虚拟机中加载对应的操作系统。例如，一个虚拟机加载Linux用于IVI系统，另一个虚拟机加载QNX用于ADAS系统。
启动操作系统：操作系统启动，并初始化其内部服务和应用程序。
资源分配：Hypervisor动态分配硬件资源（如CPU时间、内存、I/O带宽）给各个虚拟机。资源分配可以根据当前的系统负载和任务优先级进行调整。
任务调度：Hypervisor管理虚拟机之间的任务调度，确保关键任务（如ADAS）优先获得必要的资源。
监控和保护：Hypervisor持续监控各虚拟机的状态，检测异常情况并进行保护措施。它确保一个虚拟机的问题不会影响到其他虚拟机的正常运行。
独立开机：每个虚拟机的操作系统可以独立开机。例如，当需要启动IVI系统时，Hypervisor可以单独启动运行Linux的虚拟机，而无需启动其他虚拟机。
独立关机：每个虚拟机的操作系统也可以独立关机。例如，当需要维护ADAS系统时，可以单独关闭运行QNX的虚拟机，而不影响其他系统的运行。

3. 资源分配

用户可以通过配置文件，分配资源，也可以在虚拟机运行时，根据负载和需求动态调整资源分配。

静态分配：Hypervisor的静态资源分配通过配置文件定义。在配置文件中定义虚拟机所需的资源，如CPU核心数、内存大小、磁盘和网络配置等。例如KVM/QEMU里的XML文件：

<domain type='kvm'>
  <name>vm1</name>
  <memory unit='KiB'>1048576</memory> <!-- 1GB RAM -->
  <vcpu placement='static'>2</vcpu> <!-- 2 CPU cores -->
  <devices>
    <disk type='file' device='disk'>
      <driver name='qemu' type='qcow2'/>
      <source file='/var/lib/libvirt/images/vm1.qcow2'/>
      <target dev='vda' bus='virtio'/>
    </disk>
    <interface type='network'>
      <mac address='52:54:00:6b:3c:58'/>
      <source network='default'/>
      <model type='virtio'/>
    </interface>
  </devices>
</domain>

动态资源分配过程：

监控系统状态：Hypervisor持续监控虚拟机和硬件资源的使用情况，包括CPU使用率、内存占用、I/O带宽等。
资源需求分析：根据监控数据，分析各虚拟机的资源需求。比如，当某个虚拟机的CPU使用率长时间高于设定阈值时，可能需要更多的CPU资源。
调整资源分配：Hypervisor根据分析结果，动态调整资源分配。例如，增加某个虚拟机的CPU核心数或内存容量。调整资源时，Hypervisor会使用一些API或工具来修改虚拟机的资源配置。
确保稳定性：在动态分配过程中，Hypervisor需要确保系统的稳定性，避免资源冲突和性能下降

具体动态调整的命令如下：KVM/QEMU支持通过virsh命令来动态调整虚拟机资源：

增加虚拟机的CPU核心数：这条命令将运行中的虚拟机vm1的CPU核心数从2增加到4。