【摘要】：隨著多核技術(shù)的深入發(fā)展,操作系統(tǒng)針對多核并行的開發(fā)就成為當(dāng)前多線程等并行程序的重要基礎(chǔ)。傳統(tǒng)多線程主要是在單核單處理器上通過操作系統(tǒng)調(diào)度分時運(yùn)行來給應(yīng)用程序一個并行的抽象,然而多核技術(shù)使得多線程的并行得到真正體現(xiàn)。但并行程序又帶來了執(zhí)行過程的不確定性問題,而這些不確定性問題使得并行程序運(yùn)行的正確性受到很大影響,而且對并行程序的開發(fā)調(diào)試、安全維護(hù)等應(yīng)用領(lǐng)域都帶來一個挑戰(zhàn)。如何解決并行的不確定性問題,使其在調(diào)試開發(fā)等領(lǐng)域帶來更好的支持,已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。 而目前多核上操作系統(tǒng)的調(diào)試等維護(hù)技術(shù)仍不成熟,且在硬件平臺上的調(diào)試技術(shù)仍有配置復(fù)雜、無法重現(xiàn)并行的瞬時錯誤等問題。因此,針對多核上軟件開發(fā)所面臨的不確定性問題,本文基于虛擬機(jī)監(jiān)控器(VMM: Virtual Machine Monitor),圍繞多核系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)維護(hù)、多核系統(tǒng)可逆調(diào)試等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。 針對多核系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的不確定性,本文基于對稱多處理虛擬機(jī),提出了確定并發(fā)狀態(tài)機(jī)的抽象控制域。確定并發(fā)狀態(tài)機(jī)的抽象控制域?qū)⑻摂M機(jī)的運(yùn)行行為進(jìn)行了內(nèi)部與外部的區(qū)分。針對內(nèi)部與外部行為所引起的不確定性的特點(diǎn),又可以進(jìn)行不同的控制,最終完成整體運(yùn)行狀態(tài)的確定性控制與維護(hù),保證了多核系統(tǒng)的可控性。 針對對稱多處理虛擬機(jī)的內(nèi)部行為特點(diǎn),本文基于影子頁表機(jī)制,提出了虛擬私有內(nèi)存模型。該模型既保證了多個虛擬CPU的并行,同時還在確定的時候?qū)ζ溥M(jìn)行同步,維護(hù)其內(nèi)部虛擬CPU狀態(tài)與內(nèi)存狀態(tài)的確定性。而對于對稱多處理虛擬機(jī)的外部不確定因素特點(diǎn),本文在虛擬私有內(nèi)存的基礎(chǔ)上,分別以嚴(yán)格和松弛兩種確定執(zhí)行算法,利用記錄與重現(xiàn)技術(shù),提出了兩個機(jī)制——嚴(yán)格確定執(zhí)行機(jī)制和松弛確定執(zhí)行機(jī)制。測試結(jié)果表明,在實(shí)現(xiàn)參數(shù)選取較為合適的情況下,性能損耗平均在50%左右。 在完成了多核系統(tǒng)運(yùn)行確定執(zhí)行的基礎(chǔ)上,本文基于對稱多處理虛擬機(jī),提供了能夠?qū)Σl(fā)執(zhí)行的整體進(jìn)行可逆調(diào)試的操作系統(tǒng)調(diào)試技術(shù)。根據(jù)確定并發(fā)狀態(tài)機(jī)的特點(diǎn),對多核系統(tǒng)的可逆調(diào)試還提出了并行單步狀態(tài)點(diǎn)的協(xié)調(diào)可控方法。并行單步狀態(tài)點(diǎn)利用狀態(tài)間遷移情況來幫助程序員能夠?qū)ο到y(tǒng)整體有直觀的把握,有助于縮小運(yùn)行過程中出錯的位置判斷范圍,從而提高調(diào)試的效率。從性能上的測試結(jié)果表明,對于raw格式的虛擬機(jī)鏡像,其運(yùn)行過程中的多檢查點(diǎn)支持相對正�？煺沼休^高的效率。
【圖文】：

第 11 頁.4 影子頁表機(jī)制和維護(hù)的頁表�？蛻魴C(jī)執(zhí)行時，監(jiān)控放人的是影子頁表中指向最高級的影控程序運(yùn)行時，在物理機(jī)的頁表基地作系統(tǒng)所指向最高級頁表的指針。客維護(hù)著影子頁表�？蛻魴C(jī)實(shí)際上是通子頁表以客戶機(jī)頁表為藍(lán)本建立起來像客戶機(jī)頁表的影子。這就是稱它為戶機(jī)內(nèi)存的虛擬化問題，但其性能損。隨著硬件虛擬化技術(shù)的發(fā)展，Intel 和就有對內(nèi)存虛擬化的支持，，對于這兩xtended Page Tables，EPT)和快速虛

圖 2.8 DPG 的抽象模型圖在操作系統(tǒng)上進(jìn)行 DPG 設(shè)計(jì)的 dOS 系統(tǒng)框架組成圖，操作器對 DPG 組進(jìn)行內(nèi)部不確定因素進(jìn)行確定性控制，并通過層與 DPG 組以外的環(huán)境進(jìn)行通訊。經(jīng)過內(nèi)部與外部的不確個 DPG 組內(nèi)多進(jìn)程和多線程狀態(tài)的確定執(zhí)行。
【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】：2011
【分類號】：TP302;TP332

【參考文獻(xiàn)】

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1 邵騰剛;張俊飛;;基于虛擬機(jī)日志記錄回放的可逆調(diào)試方法[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件;2011年04期

2 王振東;周忠海;劉軍禮;廉月仙;周揚(yáng);;Linux系統(tǒng)內(nèi)核調(diào)試的研究[J];商品儲運(yùn)與養(yǎng)護(hù);2008年05期

本文編號：2659889