虚拟化技术在操作系统和硬件之间增加了虚拟化层,使得在一台计算机硬件上能运行多个操作系统,可以大幅提高了硬件利用率、降低成本和能耗。虚拟化技术在计算机研究领域获得了非常多的关注,在产业界虚拟化技术应用已经成为市场热点,已经推出了很多虚拟化的产品并且获得了很大的成功,创造出了潜力巨大的虚拟化市场。尤其近年来云计算的概念的提出和应用,为虚拟化技术的发展创造了更大的市场需求和发展动力。从隔离性、健壮性、可扩展性以及性能的角度考量,通过在VMM上增加特权虚拟机IOVM,将由VMM处理的I/O设备的隔离、调度和共享的功能独立出来放入IOVM中,由IOVM来处理客户机的所有I/O操作和设备共享。IOVM由VMM来管理和调度,而且IOVM和VMM之间有高效的通信机制和内存共享机制,从而获得更好的隔离性、安全性以及性能。本文首先介绍了虚拟化技术的发展和现状,介绍了不同应用领域的虚拟化技术,将不同的虚拟化技术进行对比,分析其各自的特点。然后,对I/O虚拟化进行较为详细的介绍和分析,研究了设备模型、软件隔离和共享、硬件辅助的I/O虚拟化,比较各种技术实现,论述其优点和局限。在此基础上,对Smart-VM的架构进行分析和说明,综合考虑隔离性、健壮性、可扩展性,提出IOVM的设计方案,深入分析IOVM的架构和实现。