摘 要：文章介紹了計算機(jī)領(lǐng)域虛擬機(jī)技術(shù)的概念原理及虛擬機(jī)監(jiān)視器的實現(xiàn)情況，文章對虛擬機(jī)技術(shù)領(lǐng)域在中國的專利申請量的年度分布、國際/地區(qū)申請人分布以及全球各企業(yè)/高校/研究機(jī)構(gòu)分布情況做了統(tǒng)計、分析，進(jìn)而為我國在虛擬機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展和創(chuàng)新提供參考。

關(guān)鍵詞：虛擬機(jī)；專利；分析

1 概述

虛擬機(jī)（Virtual Machine，簡稱VM）技術(shù)指的是一種硬件設(shè)備的軟件模擬實現(xiàn)，最早由IBM于20世紀(jì)60年代提出，隨著IBM370主機(jī)系列的成功，在70年代初期達(dá)到了它的第一個高峰[1]，到了80、90年代，隨著多任務(wù)多用戶操作系統(tǒng)的普及以及硬件成本下降使虛擬機(jī)技術(shù)無法發(fā)揮其優(yōu)勢，人們漸漸冷卻了對它的研究熱情[2]。

在虛擬機(jī)環(huán)境中，虛擬機(jī)監(jiān)視器（virtual machine monitor，簡稱VMM）是虛擬機(jī)的核心層，位于硬件層與虛擬機(jī)系統(tǒng)之間，作為一個軟件抽象層，其將單個物理硬件平臺虛擬成多個虛擬機(jī)，使不同的操作系統(tǒng)可以在其上同時運(yùn)行，負(fù)責(zé)上層虛擬機(jī)系統(tǒng)的資源分配和底層交接。隨著VMM的發(fā)展，虛擬機(jī)技術(shù)重新成為計算機(jī)技術(shù)研究的焦點之一。

2 虛擬機(jī)監(jiān)視器VMM的實現(xiàn)

虛擬機(jī)監(jiān)視器VMM對底層硬件資源進(jìn)行抽象，把它們重新組合并集成到多個虛擬機(jī)VM中實現(xiàn)虛擬化，每個虛擬機(jī)VM上都能夠運(yùn)行獨立的操作系統(tǒng)實例，VMM需要能為虛擬機(jī)中的軟件提供與底層硬件大致相同的硬件接口，同時能夠保持對機(jī)器的控制，以及硬件訪問的干預(yù)能力。目前主要有CPU的虛擬、內(nèi)存的虛擬、I/O設(shè)備虛擬技術(shù)來實現(xiàn)虛擬機(jī)監(jiān)視器VMM。

（1）CPU的虛擬：虛擬機(jī)監(jiān)視器VMM在支持VMM直接執(zhí)行（Direct Execution）技術(shù)的CPU上執(zhí)行VM指令，實現(xiàn)在真實的機(jī)器上的虛擬化，而在不支持虛擬的CPU上，可以采用泛虛擬（Paravirtualization）和結(jié)合二進(jìn)制代碼翻譯的直接執(zhí)行，以及采用鏡像描述符表（Shadow Descriptor Tables）和內(nèi)存跟蹤（Memory Tracing）技術(shù)來實現(xiàn)。

（2）內(nèi)存的虛擬：傳統(tǒng)的內(nèi)存虛擬技術(shù)是采用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-鏡像頁表，通過轉(zhuǎn)換實現(xiàn)內(nèi)存的訪問?？梢酝ㄟ^基于內(nèi)容的頁共享（Content-based Page Sharing）技術(shù)來實現(xiàn)較高的內(nèi)存利用率，該基于內(nèi)容的頁共享是對各個VM頁表中所有頁的內(nèi)容進(jìn)行哈希計算，比較所得出的哈希值，若相同，則再進(jìn)行整個頁的內(nèi)容的比較，在頁內(nèi)容也相同時，回收冗余的副本。

（3）I/O設(shè)備的虛擬：隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了更豐富、更多樣化的I/O設(shè)備，對 I/O設(shè)備的虛擬難度進(jìn)一步加大，目前主要采用模擬技術(shù)（Emulation）、泛虛擬化技術(shù)（Paravirtualization）、或直接分配技術(shù)（Direct Assignment）來實現(xiàn)對I/O設(shè)備的虛擬。

3 中國專利申請情況分析

中國專利文摘數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)涵蓋了自1985年至今的所有中國專利文摘數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)全面且準(zhǔn)確，因此選擇中國專利文摘數(shù)據(jù)庫CNABS作為檢索的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索。在國際專利分類號（IPC）[3]分類中，虛擬機(jī)主要分布在分類位置G06F9/455（仿真；軟件模擬），由于IPC分類中有關(guān)計算機(jī)領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)點分布比較復(fù)雜，因此，在檢索過程中，主要采用使用分類號并結(jié)合本領(lǐng)域的相關(guān)關(guān)鍵詞來檢索。檢索數(shù)據(jù)截至2015年06月29日，檢索到了6137件關(guān)于虛擬機(jī)技術(shù)的專利申請。

如圖1所示的虛擬機(jī)技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)專利申請的年度分布，可以看出，在2011年之前，在虛擬機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的中國專利申請量雖然逐年增加，但增長速度相對緩慢，整體數(shù)量也比較少，但從2011年起，申請量增加迅速，呈現(xiàn)出快速持續(xù)的增長趨勢，2012-2014年的數(shù)據(jù)反映出當(dāng)時的虛擬機(jī)領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)進(jìn)入了快速發(fā)展的時期，全球各大企業(yè)開始投入大量人力和資金。隨著云計算應(yīng)用的普及，虛擬機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的專利申請量將會進(jìn)一步持續(xù)快速增長。

如圖2所示的全球各主要國家/地區(qū)在中國專利申請的分布情況，從專利申請的總量上來看，各國/地區(qū)申請量大致為：中國申請為4097件、美國申請1297件、日本申請255件、中國臺灣申請110件、韓國申請69件。其中，中國申請量占中國專利申請量的67%，美國申請量占中國專利申請量的21%。我國在專利申請的數(shù)量上占了絕對的優(yōu)勢。雖然我國計算機(jī)系統(tǒng)在硬件、基礎(chǔ)軟件直至應(yīng)用軟件方面與國外相比起步都相對較晚，但是隨著華為等大量IT企業(yè)、各高校及各科研機(jī)構(gòu)在計算機(jī)技術(shù)方面的人力物力投入，在計算機(jī)技術(shù)方面特別是虛擬機(jī)技術(shù)方面的研究開發(fā)得到了較迅速的發(fā)展。

如圖3所示的全球各企業(yè)/高校/研究機(jī)構(gòu)在中國專利申請的分布情況，申請量分布前十的申請人包括：華為技術(shù)有限公司（簡稱華為）、國際商業(yè)機(jī)器公司（簡稱IBM）、英特爾公司（簡稱英特爾）、微軟公司（簡稱微軟）、中國科學(xué)院（簡稱中科院）、聯(lián)想（北京）有限公司（簡稱聯(lián)想）、中興通訊有限股份有限公司（簡稱中興）、浪潮電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司（簡稱浪潮）、杭州華三通信技術(shù)有限公司（簡稱華三通信）、北京航天航空大學(xué)（簡稱北航）。其中，申請量排名第一的公司為我國的華為技術(shù)有限公司，排名第二、第三的分別為國際商業(yè)機(jī)器公司、英特爾公司，排名前十的企業(yè)/高校/研究機(jī)構(gòu)中我國占據(jù)了大部分，可見，我國在較新興的計算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域特別是虛擬機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的開發(fā)研究得到了較快速的發(fā)展。

4 結(jié)束語

從以上的分析可以看到，雖然我國在專利申請數(shù)量上具有相當(dāng)大的規(guī)模，但我國在計算機(jī)技術(shù)方面特別是虛擬機(jī)技術(shù)領(lǐng)域起步較晚，在質(zhì)量上還有待加強(qiáng)，計算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域特別是虛擬機(jī)技術(shù)領(lǐng)域是相對新興的領(lǐng)域，在起步相對落后的情況下，可以加大創(chuàng)新，提前布局，為今后的發(fā)展打好基礎(chǔ)，也能規(guī)避專利壁壘。

參考文獻(xiàn)

[1]劉真.虛擬機(jī)技術(shù)的復(fù)興[J].計算機(jī)工程與科學(xué)，2008.

[2]黃亭宇，張瓊聲，夏守姬.系統(tǒng)虛擬機(jī)實現(xiàn)技術(shù)綜述[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2007.

[3]世界知識產(chǎn)權(quán)組織.國際專利分類表（第8版高級版）[M].知識產(chǎn)權(quán)出版社，2006.