Virtualisation KVM Android sur FastModels

Introduction à la virtualisation KVM Android

La prolifération des tablettes et des smartphones a révolutionné le marché du mobile. Une grand partie des produits mobiles, tablettes et smartphones, à base de processeurs ARM utilise le système d'exploitation Android. Avec la version Jelly Bean d'Android, Google à unifié les tablettes et les appareils mobiles, en intégrant les fonctionnalités de Honeycomb et apportant des multiples améliorations dans le système d'exploitation. En outre, une génération de tablette et produits mobiles basés sur ARM Cortex-A15 MPCore a été introduit sur le marché à l'heure de la rédaction de ce guide. L'architecture ARM multicoeurs fournit un pipeline superscalaire "out-of-ordre" cadencé jusqu'à 2,5 GHz et prend en charge le jeu d'instructions ARMv7. Cortex-A15 est le premier processeur ARM qui supporte la Virtualisation par l'Assistance Matérielle (HAV) et les Extensions de Large Physical Address (LPAE).

Grâce à ces caractéristiques, ARM Cortex-A15 est adapté à la fois pour le marché des consommateurs et pour les tâches de serveurs légers, comme celle de l'exécution d'un serveur web, ou bien dans le cas d'une utilisation en micro-serveur pour le cloud computing. Dans ce contexte, représente une technologie omniprésente dans les centres de données des entreprises et des infrastructures de cloud computing. La virtualisation présente un niveau d'indirection entre le contexte logique et physique. Une telle indirection s'est avéré extrêmement puissante et efficace. Dans les plateformes modernes, pour les marchés grand public et des serveurs, cette indirection est utilisée de plusieurs façons. Par exemple dans un hyperviseur, où une couche logicielle dissocie un système d'exploitation et ses applications à partir de la couche matérielle, ou dans une Machine Virtuelle (VM), qui est une couche de logiciel émulant une plateforme matérielle.

Pour le développement de logiciels pour ces plateformes modernes basés sur Cortex-A15 utilisant les technologies de la virtualisation, il a été fourni une représentation virtuelle du matériel avant la disponibilité même de la plateforme réel. En utilisant des technologies telles que les FastModels de ARM, les concepteurs de logiciels peuvent développer par anticipation différents scénarios d'applications. Ainsi les FastModels peuvent aider les ingénieurs à déboguer, optimiser et analyser les applications logicielles et les couches du système d'exploitation, comme Android. Dans ce document, nous allons décrire comment installer et démarrer un hôte Android Jelly Bean et son invité sur ARM FastModels (voir aussi la vidéo demo de la virtualisation d'Android sur FastModels).

KVM-sur-ARM

KVM (Kernel-based Virtual Machine) est un hyperviseur en logiciel libre, largement utilisé pour réaliser la virtualisation matérielle complète (et éventuellement la paravirtualisation). KVM repose sur le noyau Linux pour l'ordonancement des processus et la gestion de la mémoire, pour gérer les machines virtuelles. Plutôt que effectuer l'émulation par lui-même, il utilise un programme pilote en espace utilisateur, comme par exemple QEMU (Quick Emulator), pour mettre en place l'espace d'adressage et des périphériques pour ses machines virtuelles.

KVM peut profiter d'extensions matérielles spécifiques à la CPU, tels que Intel VT, AMD-V et ARM, pour optimiser et accélérer le processus de la virtualisation. Le processeur ARM Cortex-A15 est le premier processeur ARM utilisant des extensions de virtualisation matérielle, pour lesquelles KVM a été porté. Virtual Open Systems est actif dans le développement du port KVM pour les plus récents processeurs d'ARM multicoeurs, comme les architectures Cortex-A15, big.LITTLE, ARMv7 et ARMv8.

Cortex-A15

Le processeur Cortex-A15 MPCore est le premier processeur de la série ARM-A à introduire des extensions de virtualisation matérielle, avec meilleures performances (jusqu'à 40% plus rapide que A9) et les caractéristiques standard de faible consommation de l'architecture ARM. Les caractéristiques principales incluent:

La virtualisation complète à l'aide des extensions de couche matérielle

Les extensions de Large Physical Address (LPAE)

Virgule flottante VFPv4

Extensions NEON SIMD avancée

1-4x SMP dans un seul cluster des processeurs et jusqu'à 2 clusters par puce

Diagramme du Cortex-A15

Versatile Express

La famille des plateformes de développement Versatile Express fournit un environnement favorable pour le prototypage et la conception de nouvelles générations de système-sur-puce. Grâce à son architecture modulaire et souple, et aux interfaces à haut débit, des applications logicielles et matérielles peuvent être développées et déboguées rapidement et efficacement.

Diagramme de Versatile Express

Présentation de la Plateforme

Carte mère: Se compose de plusieurs périphériques et l'addition éventuelle de cartes filles plug-in.

CoreTile: Bloc CPU supportant des processeurs Cortex-A15, Cortex-A9 et Cortex-A5.

LogicTiles: Les blocs optionnels des cartes filles pour améliorer la facilité d'utilisation de la plateforme, offrant diverses fonctionnalités customisable.

Plateforme Versatile Express