【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)面對單核的實時操作系統(tǒng)增添多核應(yīng)用的支持。另一方面,將實時操作系統(tǒng)和通用操作系統(tǒng)整合起來是嵌入式系統(tǒng)的一個熱門應(yīng)用方向,因為這種整合不僅能帶來及時、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)是一個非常有前景的解決方案,因為它能在單個硬件平臺上運行多個虛擬機。在有了虛擬化的支持后,實時操作系統(tǒng)和通用操作系統(tǒng)可以運行在不同的虛擬機上。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。 在嵌入式系統(tǒng)中,實時性能,尤其是對外部事件的響應(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,運行在虛擬機上的實時操作系統(tǒng)的響應(yīng)性能易受到虛擬化軟件層的負面影響。這帶來了兩個問題:第一,虛擬化軟件層會對實時響應(yīng)性產(chǎn)生多大的影響;第二,嵌入式虛擬化系統(tǒng)能夠達到怎樣的實時響應(yīng)性能。 為了回答上述兩個問題,本文將提出一個基于內(nèi)核虛擬機(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,分別作為客戶實時操作系統(tǒng)和客戶通用操作系統(tǒng)。首先,文章通過研究KVM的中斷虛擬化和時鐘虛擬化機制,分析KVM將對客戶操作系統(tǒng)的時鐘中斷響應(yīng)時間產(chǎn)生怎樣的影響。然后,本文將分析在宿主Linux上可以實施的幾個實時性能調(diào)優(yōu)方法,目標是緩解由KVM帶來的額外開銷。最后,本文將通過實驗評測客戶VxWorks的響應(yīng)性能。實驗結(jié)果表明,在實施了性能調(diào)優(yōu)方法之后,客戶VxWorks的向中斷響應(yīng)性能可以達到微秒級。
【圖文】：

即虛擬機監(jiān)控器。因此，在解決功能性和兼容性的同時，虛擬機監(jiān)必然會對操作系統(tǒng)的實時性能產(chǎn)生一定的影響，將引入額外的延時開銷。在情況下，，我們的研究對系統(tǒng)級虛擬化引入的額外延時開銷做出評測，并采用的調(diào)度策略和性能調(diào)優(yōu)（Performance Tuning）方法以降低延時開銷。本章余部分詳細描述了本文的研究背景、研究內(nèi)容和目標、研究方案及全文結(jié)構(gòu).1 研究背景.1.1 系統(tǒng)級虛擬化虛擬化技術(shù)是一種對計算機資源進行抽象模擬的技術(shù)[3]。它可以在已有計硬件資源的基礎(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的硬件資源同平臺，也不同平臺，將其統(tǒng)稱為虛擬機。通常來講，從軟件層的角度來看，虛擬機與的機器沒有區(qū)別，也就是說，虛擬機的實現(xiàn)與運行對于軟件程序來說是透明的

它和用戶級ISA又稱為ABI（Application Binary Interface-應(yīng)用二進制接口）。根據(jù)新增的軟件層所處的位置，可以將虛擬機分為進程級虛擬機和系統(tǒng)級虛擬機。圖1-2反映了兩種虛擬機各自在計算機系統(tǒng)中所處的層次：(a) (b)圖 1-2 進程虛擬 與系統(tǒng)虛擬Fig.1-2 Process-level virtual machine vs System-level virtual machine進程級虛擬機處于ABI接口上，只能夠支持應(yīng)用程序的運行；而系統(tǒng)級虛擬機處在ISA接口上，能夠支持操作系統(tǒng)及其應(yīng)用程序的運行。由于此見，系統(tǒng)級虛擬化技術(shù)可以提供一個完整的虛擬系統(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)境不同平臺的硬件系統(tǒng)，進而解除軟件對硬件的依賴關(guān)系；二是提供多個與本地系統(tǒng)環(huán)境相同平臺的硬件系統(tǒng)，進而允許同一套計算機硬件資源上運行多個操作系統(tǒng)。本文所做
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TP368.1

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本文編號：2705577