公用云环境提供了一个公共平台,各种应用程序能够在虚拟机上隔离运行。传统虚拟机通常安装完整的操作系统(例如Linux和Windows),能够像物理主机那样支持各种应用。然而,近年来随着云计算的广泛应用,云计算应用对虚拟机的需求发生了重大变化。云计算环境下的虚拟机通常只需提供单一且稳定的功能和服务,学术界将这样的虚拟机称为“虚拟器件”(virtual appliance)或简称为“器件”。传统虚拟机“大而全”的通用操作系统设计无法适应专用虚拟器件的特点和需求,导致云计算应用部署困难、运行效率低、安全性差等问题。最近的Unikernel研究表明,库操作系统(LibOS)是实现高效安全的虚拟器件的有效方法。Unikernel将一个传统的操作系统重构到库中,并将二进制的应用程序和必需的库封装到的专用虚拟机镜像中。该镜像可以直接运行在Xen和KVM等标准的虚拟机监视器(hypervisor)上。与传统虚拟机相比,Unikernel虚拟器件实现了更小的内存占用,更短的启动时间和更低的性能开销,同时保证更高的安全性。然而,静态封装的Unikernel虚拟器件无法进行任何动态管理和优化,从而牺牲了运行时的灵活性。针对该问题,本文对比了传统操作系统进程(Process)与虚拟机/虚拟器件的异同,发现:(i)进程与虚拟机具有类似的功能目标(即实现应用程序的调度、管理和隔离),(ii)进程具有调度灵活、启动快、易于管理等优点,但是其隔离性和安全性较差。基于上述分析,本文结合虚拟机和进程的优点,设计实现了一种新型的简化虚拟化架构KylinX,借鉴传统操作系统对进程的动态管理技术,以支持灵活的虚拟器件运行时管理。KylinX将hypervisor看做操作系统,并提供了pVM(process-like VM,类似于进程的VM)抽象,支持VM的页面级和库级动态映射。在页面级别,KylinX实现了动态pVM fork机制,以及一组用于pVM通信(IpC,inter-pVM communication)的API。在库级别,KylinX允许库在运行时动态链接到pVM。针对可信计算基(TCB)稍微增加的问题,KylinX设计了受限映射(restricted mapping)机制以避免潜在威胁。本文通过修改MiniOS和Xen工具集来实现KylinX的原型系统。并在其上运行了多个用户应用程序,包括Redis服务器和Web服务器等。本文对基准性能和相关应用性能进行评估测试,对相应器件的镜像大小、内存利用率、启动时间等方面开展实验,同时测试了pVM间通信和fork操作的性能,结果表明KylinX在具备高度动态管理特性的同时具有(与传统VM和进程相比)较高的性能。