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。

网络虚拟操作在冶金类专业教学中的应用研究

通过对利用钢铁大学网络平台开展冶金类专业的实践教学的研究与应用,分析、论证了网络虚拟操作的实施方法及内容、解决的问题和对教学内容体系改革的贡献,优化了校内实训条件,解决了冶金类专业的实践教学在校内难以开展等问题。这一方法既能节省投资,又使实践教学贴近生产实际,使教学效果显著提高。

装备虚拟训练操作过程监控系统的设计

针对在面向操作训练的装备虚拟训练系统开发中遇到的对受训者操作监控的问题,为实现对装备操作过程的详尽描述和对受训者操作逻辑性的监控,提出了一种基于IDEF3的装备操作过程概念建模方法和基于有限状态机、浅层专家知识数据库的操作过程监控系统的设计方案。建立了监控系统的结构框架,并详细介绍了系统三个组成部分的设计方案：浅层专家知识数据库、操作过程状态机和通用操作监控引擎。基于此设计方案的操作过程监控系统已成功的应用于某装备虚拟训练平台,解决了对受训者的操作监控问题,提高了训练效果。

嵌入式用电监控终端虚拟操作系统设计

为了实现应用层设计与OS及硬件设计的无关性,在嵌入式用电监控终端的产品设计中,引入了虚拟操作系统的设计理念。从硬件结构分析及应用层功能分析这两方面入手,通过对RTOS、驱动程序等的封装,实现了嵌入式用电监控终端的VOS设计。

基于虚拟现实的一对多远程康复训练机器人监控系统

针对国内传统的一对一的康复训练不能满足日益增长的康复训练需求的问题，研究设计了基于虚拟现实的网络化远程康复训练机器人系统。该系统引入虚拟现实技术使康复训练界面生动活泼，将运动疗法和心理治疗有机地结合在一起，解决了传统康复训练的枯燥乏味；引入遥操作机器人技术使医生可同时远程监控多个患者的康复训练，医生通过语音与患者端进行对话交流，并根据患者端传递过来的视频图像和训练数据对多个患者的治疗方案进行及时调整，解决了“康复训练患者多，治疗师少”的问题。临床实验表明该系统具有有效性和可行性。

虚拟设备驱动程序在CAN总线监控节点中的应用

文章主要介绍了虚拟设备驱动程序以及在 CAN总线监控节点的设计中的虚拟设备驱动程序的编写。

船舶半物理仿真电站监控及虚拟操纵的系统设计

本文介绍智能控制电动机替代柴油机的船舶半物理仿真电站的优点,以此研究电站监控系统;采用组态软件和网络技术的有机结合技术,在船舶电站的监控与虚拟操作仿真进行实践,设计出具有友好的人机交互界面、可根据不同的船型有着较高参数调整灵活性和方便进行二次开发的监控与虚拟操作系统,其监控功能具有发电机组的启停、并车、解列、调频调载、电压和无功调整以及发电机组自动巡回检测、电力系统保护、发电机组工作状态实时显示等监控与虚拟操作等功能。

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。

云平台虚拟机资源自动扩容技术研究

研究虚拟机资源扩容技术,将云计算管理平台和监控平台相结合,利用操作系统管理工具设计一套智能运管方法,通过对虚拟机CPU、内存、硬盘监控状态自动判断,实现资源自动扩容,从而解决人工扩容存在的时效性、准确性问题,提升了运维效率。

数字录像实时监控系统的设计与实现

数字录像监控系统是由集成了数字化视频录像技术、数字化视频压缩技术和软件多画面分割器的数字硬盘录像机组成的监控系统,其网络化实时监控功能的实现是系统的重要组成部分。本文讨论了数字录像实时监控系统的网络体系结构,并给出了系统的设计和实现方案。

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.

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.

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。

KCapISO:一种基于HybridHP的宏内核操作系统载入模块权能隔离方案

宏内核操作系统提供对第3方模块和驱动程序等载入模块的支持,允许载入模块运行在内核态特权级.由于运行在最高特权级,载入模块对内核的核心服务的关键对象的访问难以得到系统的有效控制.考虑对被监控系统的性能影响控制在很小的范围,基于内嵌式的监控机制HybridHP,提出了一种宏内核架构下的载入模块权能隔离方案KCapISO,为内核和载入模块维护各自的页表,从权能上将两者隔离,确保载入模块无法修改内核的数据,并且无法以任何方式直接调用或跳转到内核中执行,这些动作都需经过KCapISO的监控和检查.实验结果表明,KCapISO能有效地将内核与载入模块在权能上相互隔离,同时获得较好的系统性能.

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。

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。

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。