学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

嵌入式虚拟化中实时响应性能的研究与分析

作　者: 张俊
导　师: 梁阿磊
学　校: 上海交通大学
专　业: 软件工程
关键词: 嵌入式系统实时响应性能虚拟化基于内核虚拟机 VxWorks
分类号: TP368.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 87次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

近年来,嵌入式领域一直在经历着从传统的单核处理器到多核处理器的转变。然而,这种转变带来了一种挑战——如何为传统面对单核的实时操作系统增添多核应用的支持。另一方面,将实时操作系统和通用操作系统整合起来是嵌入式系统的一个热门应用方向,因为这种整合不仅能带来及时、可确定的响应能力,而且可以提供大量应用程序。为了解决上述问题,虚拟化技术是一个非常有前景的解决方案,因为它能在单个硬件平台上运行多个虚拟机。在有了虚拟化的支持后,实时操作系统和通用操作系统可以运行在不同的虚拟机上。这将能更有效地利用多核资源,比如,可以将不同的物理核分配给不同的虚拟机。在嵌入式系统中,实时性能,尤其是对外部事件的响应性能,通常是决定其能否广泛应用的关键影响。然而,当虚拟化被引入到嵌入式系统后,运行在虚拟机上的实时操作系统的响应性能易受到虚拟化软件层的负面影响。这带来了两个问题:第一,虚拟化软件层会对实时响应性产生多大的影响;第二,嵌入式虚拟化系统能够达到怎样的实时响应性能。为了回答上述两个问题,本文将提出一个基于内核虚拟机(Kernel-Based Virtual Machine)(简称KVM)的嵌入式虚拟化体系结构,将VxWorks和Linux整合起来,分别作为客户实时操作系统和客户通用操作系统。首先,文章通过研究KVM的中断虚拟化和时钟虚拟化机制,分析KVM将对客户操作系统的时钟中断响应时间产生怎样的影响。然后,本文将分析在宿主Linux上可以实施的几个实时性能调优方法,目标是缓解由KVM带来的额外开销。最后,本文将通过实验评测客户VxWorks的响应性能。实验结果表明,在实施了性能调优方法之后,客户VxWorks的向中断响应性能可以达到微秒级。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
1 绪论  11-18
  1.1 研究背景  12-14
    1.1.1 系统级虚拟化  12-14
  1.2 研究内容与目标  14
  1.3 研究方案  14-16
    1.3.1 研究平台与架构  14-15
    1.3.2 实时性能指标  15-16
  1.4 全文结构  16-18
2 系统级虚拟化技术  18-31
  2.1 虚拟器与模拟器比较  19-20
  2.2 虚拟机监控器的分类  20-27
    2.2.1 类虚拟化和完全虚拟化  20-24
    2.2.2 裸金属型和宿主型  24-27
  2.3 系统级虚拟化的应用  27-29
    2.3.1 遗留软件的兼容  27-28
    2.3.2 系统整合  28
    2.3.3 安全隔离  28-29
  2.4 典型的虚拟机监控器  29-30
    2.4.1 VMware  29
    2.4.2 Xen  29-30
    2.4.3 KVM  30
  2.5 本章小结  30-31
3 KVM 虚拟化平台上实时响应性能的分析  31-51
  3.1 Intel VT-x 技术  31-34
    3.1.1 VMX 操作模式  32-33
    3.1.2 VMCS  33
    3.1.3 虚拟化扩展指令  33-34
  3.2 KVM 基本原理  34-38
    3.2.1 内核模块  35
    3.2.2 用户态模拟器  35-36
    3.2.3 工作机制  36-38
  3.3 KVM 中断虚拟化机制  38-43
    3.3.1 虚拟PIC  39-41
    3.3.2 虚拟中断采集  41-42
    3.3.3 虚拟中断注入  42-43
  3.4 KVM 时钟虚拟化机制  43-46
    3.4.1 虚拟PIT  43-44
    3.4.2 计时模拟  44-45
    3.4.3 时钟中断模拟  45-46
  3.5 KVM 上时钟中断响应性能的分析  46-50
  3.6 本章小结  50-51
4 KVM 虚拟化平台上实时调度策略与性能调优  51-59
  4.1 相关研究  51-53
  4.2 系统负载  53-54
    4.2.1 计算负载  53-54
    4.2.2 中断负载  54
  4.3 性能调优  54-58
    4.3.1 实时补丁  54-55
    4.3.2 调度策略  55-57
    4.3.3 多核应用  57-58
  4.4 本章小结  58-59
5 实验评测与分析  59-68
  5.1 实验环境与配置  59-60
    5.1.1 硬件环境  59
    5.1.2 软件环境  59-60
  5.2 实验基准测试程序  60-62
    5.2.1 VxWorks 基准测试程序  60-62
    5.2.2 Linux 基准测试程序  62
  5.3 客户时钟中断响应的实验评测  62-64
    5.3.1 VxWorks IRT  62-63
    5.3.2 Linux PDLT  63-64
  5.4 性能调优实验评测  64-67
    5.4.1 提升优先级  65-66
    5.4.2 专有核  66-67
  5.5 本章小结  67-68
6 结论  68-70
  6.1 全文总结  68
  6.2 未来工作  68-70
参考文献  70-73
致谢  73-74
攻读学位期间发表的学术论文目录  74

嵌入式虚拟化中实时响应性能的研究与分析

内容摘要

全文目录

相似论文