【摘要】：飛騰1000CPU是由國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)計算機(jī)學(xué)院自主研制的高性能64位通用處理器，具有硬件級虛擬化能力，該CPU目前已實現(xiàn)基于Hypervisor的虛擬化技術(shù)，最多可支持64個分區(qū)，每個分區(qū)可以運行自己獨立的操作系統(tǒng)，擁有自己獨立的計算、存儲資源。但是Hypervisor這種強(qiáng)獨立性虛擬化技術(shù)犧牲了系統(tǒng)的執(zhí)行效率，而國產(chǎn)飛騰CPU本身的性能與國外主流CPU相比相差一個數(shù)量級。因此，迫切需要研究飛騰平臺上輕量級的虛擬化技術(shù)，，本課題在飛騰平臺上重點研究一種輕量級的虛擬化解決方案-----基于容器的虛擬化技術(shù)，并在麒麟操作系統(tǒng)上設(shè)計實現(xiàn)了FTContainer框架。 本課題首先深入分析了當(dāng)前主流的容器虛擬化軟件的優(yōu)缺點，提出了基于飛騰CPU的容器虛擬化架構(gòu)FT-Container框架，并在麒麟操作系統(tǒng)上進(jìn)行了實現(xiàn)。該框架由應(yīng)用隔離模塊、資源管理模塊以及動態(tài)遷移模塊三個部分組成。應(yīng)用隔離模塊在麒麟操作系統(tǒng)內(nèi)核上為各種應(yīng)用創(chuàng)建多個虛擬的執(zhí)行環(huán)境，并為運行于其中的應(yīng)用程序提供隔離的環(huán)境。資源管理模塊通過內(nèi)核的Cgroups機(jī)制對容器的資源進(jìn)行分配，這些資源包括CPU、內(nèi)存、設(shè)備IO等。動態(tài)遷移模塊實現(xiàn)了容器鏡像在飛騰服務(wù)器之間實時遷移，該鏡像包含了容器的執(zhí)行狀態(tài)、打開的文件、緩沖區(qū)信息、虛擬CPU狀態(tài)信息等。 然后，針對FTContainer框架中的應(yīng)用隔離技術(shù)問題，提出了一種基于完整上下文的強(qiáng)隔離方法，通過在容器中封裝PID、文件系統(tǒng)、IPC、UTS、用戶以及網(wǎng)絡(luò)命名空間實現(xiàn)應(yīng)用程序的隔離，不同容器中的命名空間不存在指針引用其他空間的對象，該方法為容器提供了完整的運行上下文和增強(qiáng)的隔離性；針對FTContainer框架中的資源管理技術(shù)問題，提出了基于進(jìn)程組的兩級資源管理方法，結(jié)合Cgroup機(jī)制與Beancounter技術(shù)實現(xiàn)了進(jìn)程組的資源控制和容器使用資源的統(tǒng)計，實現(xiàn)了/proc文件系統(tǒng)的虛擬化，為容器的資源控制提供了便利；提出了兩級公平CPU調(diào)度、兩級公平磁盤配額算法，通過容器的CPU份額、磁盤份額實現(xiàn)了CPU調(diào)度和磁盤配額的公平性，為系統(tǒng)資源的調(diào)度提供了很好的靈活性；針對FTContainer框架中的動態(tài)遷移技術(shù)問題，提出了基于進(jìn)程檢查點的動態(tài)遷移方法，通過在容器中引入進(jìn)程檢查點保存運行的上下文信息，通過預(yù)拷貝策略以及rsync同步機(jī)制實現(xiàn)了零宕機(jī)的容器平滑遷移。 最后，本文使用Lmbench、Unixbench以及IOZone對支持FTContainer的麒麟操作系統(tǒng)和裸麒麟操作系統(tǒng)進(jìn)行了性能評測。測試表明支持FTContainer的麒麟操作系統(tǒng)的性能大致上與裸麒麟操作系統(tǒng)相當(dāng)，比基于Hypervisor的麒麟操作系統(tǒng)性能提高了61%。
【圖文】：

國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院工程碩士學(xué)位論文對比。其中，鋸齒表示沒有經(jīng)過修改的硬件接口。第技術(shù)的計算機(jī)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中操作系統(tǒng)是直接在硬圖是使用全虛擬化技術(shù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在該系統(tǒng)中操作，圖中標(biāo)示為 Hypervisor，操作系統(tǒng)無需修改；第 3 幅系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在該系統(tǒng)中操作系統(tǒng)要經(jīng)過修改后才能與or）交互，虛擬層則直接運行在硬件平臺上[13]。

圖 1.1 全虛擬化、半虛擬化的體系結(jié)構(gòu)對比器虛擬化（Container Virtualizaiton）[14]型基于 Hypervisor 虛擬化技術(shù)雖然可以滿足絕大部的保障策略犧牲了系統(tǒng)的執(zhí)行效率[15]。它對于一些域，例如高性能計算集群、網(wǎng)格計算，主機(jī)中心等用實例會不斷增加，以上三類虛擬化技術(shù)自身的開越大[16-21]。人們開始尋找更輕量級的解決方案，因化技術(shù)應(yīng)運而生，這種虛擬化技術(shù)能夠在滿足基本資源共享支持[14]，其結(jié)構(gòu)如圖 1.2 所示。
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TP332

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：2568701