《基於虛擬化技術的嵌入式系統研究》是依託上海交通大學，由馬汝輝擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於虛擬化技術的嵌入式系統研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：馬汝輝
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
目前基於虛擬化技術的嵌入式系統已經取得了一些重要進展，但仍然存在一些關鍵問題沒有解決，如多核技術的利用、系統資源的競爭、系統實時回響的高延遲以及低效的I/O機制等問題成為其發展的瓶頸。本項目擬建立一個基於虛擬化技術的嵌入式平台，可以運行多個通用作業系統（如VxWorks、嵌入式Linux等）。以此平台為中心繫統地研究多核虛擬化架構、系統資源的劃分配置、實時調度策略以及I/O虛擬化機制等四項關鍵技術。研究多核虛擬化架構，為該平台提供多個虛擬機運行在一個或多核處理器核心上的物理資源以及管理虛擬機的開放接口；研究系統資源的劃分配置，建立系統資源管理和配置機制，實現CPU、存儲設備、I/O設備等資源的合理配置；研究實時調度策略，提出一種基於優先權、可搶占式的調度策略，保證系統的實時性能；研究網路虛擬化中頻繁的I/O中斷，實現一種高性能的網路I/O虛擬化機制，降低CPU利用率並且不過度影響傳輸延遲。
結題摘要
近年來，硬體技術得到了迅猛發展，與之對應的軟體技術發展卻相對落後。傳統的嵌入式軟體已經無法滿足當前硬體的飛速發展，嵌入式虛擬化也成為了研究熱點。本課題針對嵌入式虛擬化面臨的關鍵問題從以下4個方面展開研究： 1.嵌入式多核虛擬化架構：首先提出了基於KVM 的嵌入式虛擬化系統的軟體調優方法，使得依託於高性能硬體上的軟體性能有了大幅的提高；其次，實現了基於SR-IOV的事件驅動輪詢系統，降低了系統回響時間；最後，提出了基於NUMA高性能網路快取資源親和度的虛擬處理器的調度方法，通過硬體輔助虛擬化，直接進行快取的讀寫，實現了接近本機的性能。 2.嵌入式虛擬化資源的配置與劃分：針對企業需要遠程登錄或訪問設備造成的資源浪費問題，本課題提出了一種基於雲服務的遠程桌面計算機喚醒方法，有效的遠程喚醒企業設備從而節省企業能源。同時，隨著雲計算的發展，本課題對雲計算數據中心網路資源配置劃分問題進行了較為深入的調研。 3.嵌入式虛擬機實時調度：首先，設計了混合通用和實時系統虛擬化快取分離機制，分配不同比例的高速快取的實時任務，以保證回響時間；其次，提出一種基於當前虛擬CPU調度狀態和中斷處理負載分析的動態中斷均衡映射方法，保證調度信息在向下傳遞的過程中的簡潔性和準確性；接著，提出基於虛擬機的運行狀態動態調整對虛擬機採用的協同調度方法，使得能夠根據虛擬機的負載採用最合適的調度方法，進而有效提升虛擬機的性能；然後，提出基於虛擬機當前工作性質以及任務負載的虛擬機調度算法，適應負載的動態變化，提升了系統的性能；最後，提出一種針對 CPU/GPU 異構平台的，基於二進制程式的流模式提取方法，提升虛擬機任務的執行效率。 4.高性能I/O虛擬化模型：首先提出了一種XEN的精確CPU非統一調度時間片的虛擬機調度器來對CPU的分配偏差與vm的調度延遲進行最佳化；其次，提出了針對網路服務的雙機熱備份容災系統，來保證在虛擬化環境下的可靠性；然後，採用了高效的中斷結合的網路I/O虛擬化和虛擬接收端的擴展，並設計算法有效地利用多核處理器。最後，實現了基於移動雲平台的加密搜尋和高效安全的支持多關鍵字的搜尋模型，提高搜尋的安全保障以及搜尋效率。 本課題研究從以上四個方面研究嵌入式虛擬化系統性能問題，並提出了多個解決方案。通過實驗證明，本課題中的策略能夠有效地提升性能，能夠為嵌入式虛擬化的實際套用提供更好的技術支撐。
