發(fā)布時(shí)間：2020-06-10 01:36

【摘要】：近年來,嵌入式領(lǐng)域一直在經(jīng)歷著從傳統(tǒng)的單核處理器到多核處理器的轉(zhuǎn)變。然而,這種轉(zhuǎn)變帶來了一種挑戰(zhàn)——如何為傳統(tǒng)面對(duì)單核的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)增添多核應(yīng)用的支持。另一方面,將實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和通用操作系統(tǒng)整合起來是嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)熱門應(yīng)用方向,因?yàn)檫@種整合不僅能帶來及時(shí)、可確定的響應(yīng)能力,而且可以提供大量應(yīng)用程序。為了解決上述問題,虛擬化技術(shù)是一個(gè)非常有前景的解決方案,因?yàn)樗茉趩蝹�(gè)硬件平臺(tái)上運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)。在有了虛擬化的支持后,實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和通用操作系統(tǒng)可以運(yùn)行在不同的虛擬機(jī)上。這將能更有效地利用多核資源,比如,可以將不同的物理核分配給不同的虛擬機(jī)。 在嵌入式系統(tǒng)中,實(shí)時(shí)性能,尤其是對(duì)外部事件的響應(yīng)性能,通常是決定其能否廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵影響。然而,當(dāng)虛擬化被引入到嵌入式系統(tǒng)后,運(yùn)行在虛擬機(jī)上的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的響應(yīng)性能易受到虛擬化軟件層的負(fù)面影響。這帶來了兩個(gè)問題:第一,虛擬化軟件層會(huì)對(duì)實(shí)時(shí)響應(yīng)性產(chǎn)生多大的影響;第二,嵌入式虛擬化系統(tǒng)能夠達(dá)到怎樣的實(shí)時(shí)響應(yīng)性能。 為了回答上述兩個(gè)問題,本文將提出一個(gè)基于內(nèi)核虛擬機(jī)(Kernel-Based Virtual Machine)(簡稱KVM)的嵌入式虛擬化體系結(jié)構(gòu),將VxWorks和Linux整合起來,分別作為客戶實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和客戶通用操作系統(tǒng)。首先,文章通過研究KVM的中斷虛擬化和時(shí)鐘虛擬化機(jī)制,分析KVM將對(duì)客戶操作系統(tǒng)的時(shí)鐘中斷響應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生怎樣的影響。然后,本文將分析在宿主Linux上可以實(shí)施的幾個(gè)實(shí)時(shí)性能調(diào)優(yōu)方法,目標(biāo)是緩解由KVM帶來的額外開銷。最后,本文將通過實(shí)驗(yàn)評(píng)測(cè)客戶VxWorks的響應(yīng)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在實(shí)施了性能調(diào)優(yōu)方法之后,客戶VxWorks的向中斷響應(yīng)性能可以達(dá)到微秒級(jí)。
【圖文】：

即虛擬機(jī)監(jiān)控器。因此，在解決功能性和兼容性的同時(shí)，虛擬機(jī)監(jiān)必然會(huì)對(duì)操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能產(chǎn)生一定的影響，將引入額外的延時(shí)開銷。在情況下，，我們的研究對(duì)系統(tǒng)級(jí)虛擬化引入的額外延時(shí)開銷做出評(píng)測(cè)，并采用的調(diào)度策略和性能調(diào)優(yōu)（Performance Tuning）方法以降低延時(shí)開銷。本章余部分詳細(xì)描述了本文的研究背景、研究內(nèi)容和目標(biāo)、研究方案及全文結(jié)構(gòu).1 研究背景.1.1 系統(tǒng)級(jí)虛擬化虛擬化技術(shù)是一種對(duì)計(jì)算機(jī)資源進(jìn)行抽象模擬的技術(shù)[3]。它可以在已有計(jì)硬件資源的基礎(chǔ)上，抽象化模擬出一整套或一部分虛擬的硬件資源,如CPU存、I/O設(shè)備等。這些虛擬硬件資源可以與本地真實(shí)的硬件資源同平臺(tái)，也不同平臺(tái)，將其統(tǒng)稱為虛擬機(jī)。通常來講，從軟件層的角度來看，虛擬機(jī)與的機(jī)器沒有區(qū)別，也就是說，虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)與運(yùn)行對(duì)于軟件程序來說是透明的

它和用戶級(jí)ISA又稱為ABI（Application Binary Interface-應(yīng)用二進(jìn)制接口）。根據(jù)新增的軟件層所處的位置，可以將虛擬機(jī)分為進(jìn)程級(jí)虛擬機(jī)和系統(tǒng)級(jí)虛擬機(jī)。圖1-2反映了兩種虛擬機(jī)各自在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所處的層次：(a) (b)圖 1-2 進(jìn)程虛擬 與系統(tǒng)虛擬Fig.1-2 Process-level virtual machine vs System-level virtual machine進(jìn)程級(jí)虛擬機(jī)處于ABI接口上，只能夠支持應(yīng)用程序的運(yùn)行；而系統(tǒng)級(jí)虛擬機(jī)處在ISA接口上，能夠支持操作系統(tǒng)及其應(yīng)用程序的運(yùn)行。由于此見，系統(tǒng)級(jí)虛擬化技術(shù)可以提供一個(gè)完整的虛擬系統(tǒng)環(huán)境，作為軟件和硬件之間的。它主要有兩種應(yīng)用場景：一是提供與本地系統(tǒng)環(huán)境不同平臺(tái)的硬件系統(tǒng)，進(jìn)而解除軟件對(duì)硬件的依賴關(guān)系；二是提供多個(gè)與本地系統(tǒng)環(huán)境相同平臺(tái)的硬件系統(tǒng)，進(jìn)而允許同一套計(jì)算機(jī)硬件資源上運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)。本文所做
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TP368.1

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本文編號(hào)：2705577