设备驱动程序等内核扩展模块被认为是造成操作系统内核不稳定的主要原因,但是目前的主流操作系统采用的单内核设计对这些易出错的模块缺乏必要的隔离机制,造成这些模块中产生的错误影响到整个内核。本文结合现有的研究成果,提出了利用虚拟机技术将驱动程序与内核分离的架构,这样的做法实际上是由虚拟机来接管驱动程序的运行域,将驱动程序的行为限制在虚拟机中,而在驱动程序中发生的错误也将由虚拟机捕获,由虚拟机进行恰当的处理,使其不至于影响到内核的其他部分。使用虚拟机隔离的架构同时带来了通用性,通过跨平台的虚拟机平台支持,相同的驱动程序可以运行在多个不同的平台,这大大提高了程序的复用性。整个系统的实现使用用户态的Java虚拟机(JVM)将驱动程序与内核分离,在Linux系统中构建了新的驱动架构,并将原Linux内核中的USB驱动协议栈以及部分USB设备驱动移植到新的驱动架构中。在实现的过程中充分考虑了系统安全性及性能的平衡,采取了一些优化的措施。作为系统主体部分的JVM驱动程序,采用了面向对象的设计方式,提高了驱动程序的可扩展性和可维护性。对系统的测试主要集中在架构安全性以及系统的性能,测试结果表明,与原内核驱动程序相比,新的驱动架构表现出更高的稳定性,而在性能方面,对于时间和数据量要求不高的设备,其性能与原驱动程序相当接近;而对于需要进行大量数据处理的设备,其性能有一定程度的下降。综上,本课题提出的基于虚拟机技术的安全驱动模型能够提高整个系统的安全性,而对系统性能的影响在可接受的范围。课题中提出的使用虚拟机技术同时提供错误隔离环境和跨平台的通用驱动架构,具有创新意义。