VMSF-一种内核级虚拟机监控器调度框架

虚拟化技术由于具有提高资源利用率、降低系统总体拥有成本等优点得到越来越多的关注。虚拟机成为计算机系统的一种新型应用模式,但虚拟机应用在服务质量保证和协同运行等方面与传统商用操作系统面向的应用不同,虚拟机监控器应针对此类应用的特点设计相应的调度算法。但是,在传统基于宿主操作系统的虚拟化技术中,虚拟机的调度由宿主操作系统的标准调度器完成。本文提出一种不修改宿主操作系统现有调度机制的虚拟机调度扩展框架VMSF,该框架允许第三方自行开发适于虚拟机系统的调度算法。最后通过在Linux上开源的内核级虚拟机监控器KVM上移植Xen的Credit调度器验证了本文研究的有效性。

Trochilidae:面向众核平台的高性能轻量级虚拟机监控器

虚拟化技术在云计算中广泛应用。传统虚拟化技术对操作系统的一些操作都进行了捕捉与封装,使其越来越复杂,同时也影响了操作系统的性能。针对众核平台的发展趋势和特点,面向众核平台设计并实现了一个轻量级的高性能虚拟机监控器——蜂鸟(Trochilidae)。多操作系统可以同时运行在此虚拟机监控器之上,同时对操作系统性能无损失。在提供传统虚拟机监控器功能的基础上,蜂鸟的代码量仅4000行左右(包括汇编与C代码),降低了系统的复杂度,便于系统的维护与调试。

操作系统结构研究

目前的操作系统越来越复杂,已接管了计算机系统中几乎所有的控制权,极大地损害了用户的利益,也带来了严重的安全性、可靠性问题。产生这些问题的根本原因是现有操作系统的结构存在着缺陷,因而有必要设计全新的操作系统结构。分析了操作系统与国家政府机构之间的关系,列举了目前操作系统面临的主要问题,借助封建帝王们的政治智慧,提出了新操作系统结构的设计原则,并给出了一种操作系统结构的参考模型。该模型以虚拟化技术为基础,有效地分割了操作系统的权力,可大大提高系统的安全性、可靠性和可观察性。

高校实验室多操作系统的安装方案

面对激烈竞争的就业压力,高校的学生不仅仅要掌握理论,而动手实践也是他们就业的成功的关键因素。本文就解决高校实验环境的方案进行描述。

基于三权分立原则的安全操作系统结构设计

设计了一种新型的操作系统结构。该结构在三权分立的原则下,对传统操作系统的功能进行分割与重组,让不同的功能组件分别运行在不同的虚拟机中,利用虚拟机间的强隔离特性保证各组件的独立性,利用虚拟机间的专有通信机制实现各组件之间的协作与制约。这种新型的结构有效地解决了传统操作系统结构中安全性不高的问题。

自适应调整虚拟机权重参数的调度方法

在基于特权服务操作系统的虚拟机架构下客户操作系统需要借助特权服务操作系统来访问真实硬件,目前虚拟机调度算法的优化主要是侧重于I/O密集型虚拟机的研究,而忽视了CPU密集型虚拟机,更忽视了特权服务操作系统的I/O处理能力对虚拟机整体性能的影响.针对这些问题,提出了一种基于Credit算法的自适应调整虚拟机权重参数的优化调度方法,将特权服务操作系统的I/O处理能力作为虚拟机参数调整的一个重要参数,同时兼顾I/O密集型虚拟机和CPU密集型虚拟机对资源的需求.实验结果表明该方法能够及时根据当前的I/O请求数量和特权服务操作系统的处理能力合理调整虚拟机的权重参数,从而大大提高了客户操作系统CPU处理性能和硬件设备的访问性能.

Xen虚拟机的虚拟CPU松弛协同调度方法

目前,Xen虚拟机调度算法均采用独立调度虚拟CPU的方式,而没有考虑虚拟机各虚拟CPU之间的协同调度关系,这会使虚拟机各个虚拟CPU之间产生很大的时钟中断数量偏差等问题,从而导致系统不稳定.为了提高系统的稳定性,基于Credit算法提出了一种比RCS(relaxed co-scheduling)算法更松弛的协同调度算法MRCS(more relaxed co-scheduling).该算法采用非抢占式协同调整方法将各个虚拟CPU相对运行的时间间隔控制在同步时间检测的上限门限值Tmax之内,同时利用同步队列中虚拟CPU优化选择调度方法和Credit算法的虚拟CPU动态迁移方法,能够更加及时地协同处理虚拟CPU,并且保证了各个物理CPU的负载均衡,有效地减少客户操作系统与VMM的环境切换次数,降低了系统开销.实验结果证明该方法不但保证了系统的稳定性,而且使系统性能得到一定程度的提升.虚拟机调度算法不仅影响虚拟机的性能,更会影响虚拟机的稳定性,致力于虚拟机调度算法的研究是一项非常有意义的工作.

虚拟化技术在嵌入式系统中的应用

基于嵌入式系统对虚拟化环境的特殊要求,探讨如何设计虚拟机(VM)。针对工业实时控制,介绍了与第三方产品结合,把Intel虚拟化技术的好处拓展到应用中去。用虚拟化整合系统可以保证一定的实时性能;无需硬件冗余;进行软件移植而不简化应用。通过软件环境并行,虚拟化也允许原有的应用与新应用并存。它为多线程的应用在多核处理器上运行提供了途径。

基于EPT的内存虚拟化研究与实现

为降低虚拟机监控器在内存虚拟化方面的开销,提高内存虚拟化性能,分析了两种的内存虚拟化机制,着重对基于Intel扩展页表的内存虚拟化机制进行了研究,分析了基于扩展页表的两种内存虚拟化方案优劣,并进一步分析了影响内存虚拟化性能的因素。针对扩展页表页故障,提出了页池的动态内存分配方案。内存虚拟化实现表明,采用扩展页表实现内存虚拟化能简化了设计流程,有效地提高了内存虚拟化性能。

Xen虚拟CPU空闲调度算法

在Xen虚拟化环境下,Credit调度算法是非抢占式调度算法,当虚拟CPU空时它不会将空闲状态信息通知给Xen,因此不会放弃物理CPU的使用权.虽然已有文献提出在虚拟CPU空闲时的处理方法,但它依然存在很多问题,例如空闲虚拟CPU的空闲时间还存在浪费的现象、没有考虑特权Service OS的空闲状态和虚拟机空闲状态判断不准确等,这造成很多不必要的性能损失.针对这样的问题,在Credit算法的基础上提出了虚拟CPU空闲调度算法,虚拟CPU空闲状态接收模块接收到的虚拟CPU空闲通知,动态调整该虚拟机的虚拟CPU的credit值,并将空闲的CPU时间分配给调度队列中其他的虚拟CPU使用.同时,根据该虚拟机的虚拟CPU的平均空闲率,重新调整该虚拟机的权重,从而实现了反馈控制与虚拟机调度的动态集成,实验结果证明该调度方法使系统的整体性能得到大大提高.

虚拟外存管理技术研究

为解决多虚拟机环境中的外存管理问题,研究了基于虚拟机监控器的多虚拟机结构,总结出了多虚拟机环境所面临的3个主要外存管理问题,即外存空间的隔离与保护、外存空间的按需分配和外存空间的扩展。借鉴操作系统中成熟的虚拟内存管理思想,提出了一种虚拟外存管理器的设计方案,有效地解决了外存管理中的上述问题。实验结果表明,虚拟分区可以动态创建和撤销,分区的容量可以根据实际需要动态增长,并可实现基于分区的写保护,外存管理的灵活性大大增加,外存空间的利用率大大提高。

基于VT-x的处理器模式转换机制研究

为降低虚拟化环境中处理器模式转换带来的开销,研究了基于VT-x技术的处理器模式转换机制。根据客户机操作系统在不同阶段的运行状态,分析了相应的处理器模式转换过程。采用客户机操作系统最小等待的基本思想,结合VT-x处理器提供的虚拟机扩展功能,设计出了处理器模式转换的整体流程,分别构造出满足客户机操作系统需求的实模式和保护模式处理器环境,模拟了客户机操作系统的执行过程以及虚拟机监控器对相关事件的处理。实验结果表明,VT-x技术可以有效辅助处理器模式转换,简化虚拟机监控器设计。

设备虚拟化方法研究与实现

针对虚拟机监控器在IO虚拟化方面存在的性能瓶颈,分析了现有IO虚拟化模型存在的问题,提出了一种基于IO处理机的协作型虚拟机监控器。建立了基于IO处理机的IO虚拟化模型,实现了对客户机操作系统IO访问请求的处理,并进一步给出了该方法下从设备发现到功能模拟等关键技术。实验结果表明,基于IO处理机的IO虚拟化模型能够提供更为稳定的系统环境,并能有效提高整个系统性能。

基于虚拟技术的涉密笔记本电脑操作系统安全隔离

本文着重于探讨系统虚拟化技术在涉密笔记本电脑操作系统安全防护方面的应用,结合对涉密笔记本电脑安全应用需求的调研,大胆地提出了一种在涉密笔记本电脑上安装双系统(一个专用于涉密信息处理的涉密操作系统和一个专用于连接外网的非密操作系统),通过虚拟化隔离措施实现双系统安全隔离的涉密笔记本电脑安全解决方案,并针对在虚拟化层实现安全隔离的可行性进行了关键技术的试验验证。试验结果表明,基于系统虚拟化的操作系统安全隔离技术相比于传统防护技术具有隔离性强、兼容性好、恶意程序无法探测和攻击的特点,在涉密笔记本电脑安全防护领域具有非常广泛的应用前景。

基于Hypervisor的汽车域控制器解决方案

概述了基于Hypervisor的汽车域控制器方案出现的原因及其基本架构;介绍了虚拟机监控器的不同类别及其优缺点和适用场景;介绍了PikeOS Hypervisor虚拟化和分区间通信的原理及基本应用;设计了适用于PikeOS Hypervisor的RTOS和Linux体系;设计了PikeOS Hypervisor上RTOS分区和Linux分区间的通信程序和验证方法;设计了PikeOS实时性能的测试程序;并在赛灵思ZCU 104单片机上运行从而验证了设计方案的可行性。

浅析Docker容器技术

1引言容器(Linux Container,LXC)提供进程级的隔离,可以将操作系统管理的资源划分到相互隔离的组中,在相互隔离的组之间解决资源使用存在冲突的问题。比如应用程序(Application,APP)APP1只能在centos操作系统上运行,APP2只能在ubuntu操作系统上运行,而同一个操作系统同时运行APP1和APP2就产生冲突,容器技术则恰恰可以解决这类问题。目前主流的容器技术有Docker、LXD以及RKT等。