【摘要】：飛騰1000CPU是由國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)計(jì)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(jí)虛擬化能力，該CPU目前已實(shí)現(xiàn)基于Hypervisor的虛擬化技術(shù)，最多可支持64個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)可以運(yùn)行自己獨(dú)立的操作系統(tǒng)，擁有自己獨(dú)立的計(jì)算、存儲(chǔ)資源。但是Hypervisor這種強(qiáng)獨(dú)立性虛擬化技術(shù)犧牲了系統(tǒng)的執(zhí)行效率，而國(guó)產(chǎn)飛騰CPU本身的性能與國(guó)外主流CPU相比相差一個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，迫切需要研究飛騰平臺(tái)上輕量級(jí)的虛擬化技術(shù)，，本課題在飛騰平臺(tái)上重點(diǎn)研究一種輕量級(jí)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(jì)實(shí)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(diǎn)，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(shí)現(xiàn)。該框架由應(yīng)用隔離模塊、資源管理模塊以及動(dòng)態(tài)遷移模塊三個(gè)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(gè)虛擬的執(zhí)行環(huán)境，并為運(yùn)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(guò)內(nèi)核的Cgroups機(jī)制對(duì)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(dòng)態(tài)遷移模塊實(shí)現(xiàn)了容器鏡像在飛騰服務(wù)器之間實(shí)時(shí)遷移，該鏡像包含了容器的執(zhí)行狀態(tài)、打開(kāi)的文件、緩沖區(qū)信息、虛擬CPU狀態(tài)信息等。 然后，針對(duì)FTContainer框架中的應(yīng)用隔離技術(shù)問(wèn)題，提出了一種基于完整上下文的強(qiáng)隔離方法，通過(guò)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(shí)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(duì)象，該方法為容器提供了完整的運(yùn)行上下文和增強(qiáng)的隔離性；針對(duì)FTContainer框架中的資源管理技術(shù)問(wèn)題，提出了基于進(jìn)程組的兩級(jí)資源管理方法，結(jié)合Cgroup機(jī)制與Beancounter技術(shù)實(shí)現(xiàn)了進(jìn)程組的資源控制和容器使用資源的統(tǒng)計(jì)，實(shí)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(jí)公平CPU調(diào)度、兩級(jí)公平磁盤(pán)配額算法，通過(guò)容器的CPU份額、磁盤(pán)份額實(shí)現(xiàn)了CPU調(diào)度和磁盤(pán)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(duì)FTContainer框架中的動(dòng)態(tài)遷移技術(shù)問(wèn)題，提出了基于進(jìn)程檢查點(diǎn)的動(dòng)態(tài)遷移方法，通過(guò)在容器中引入進(jìn)程檢查點(diǎn)保存運(yùn)行的上下文信息，通過(guò)預(yù)拷貝策略以及rsync同步機(jī)制實(shí)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(duì)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(píng)測(cè)。測(cè)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(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院工程碩士學(xué)位論文對(duì)比。其中，鋸齒表示沒(méi)有經(jīng)過(guò)修改的硬件接口。第技術(shù)的計(jì)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(wú)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(guò)修改后才能與or）交互，虛擬層則直接運(yùn)行在硬件平臺(tái)上[13]。

圖 1.1 全虛擬化、半虛擬化的體系結(jié)構(gòu)對(duì)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(duì)于一些域，例如高性能計(jì)算集群、網(wǎng)格計(jì)算，主機(jī)中心等用實(shí)例會(huì)不斷增加，以上三類虛擬化技術(shù)自身的開(kāi)越大[16-21]。人們開(kāi)始尋找更輕量級(jí)的解決方案，因化技術(shù)應(yīng)運(yùn)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(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TP332

【共引文獻(xiàn)】

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1 楊西銀;;基于Linux微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)的研究[J];電力安全技術(shù);2014年10期

2 王兆文;蔣澤軍;陳進(jìn)朝;;一種提高Linux內(nèi)存管理實(shí)時(shí)性的設(shè)計(jì)方案[J];計(jì)算機(jī)工程;2014年09期

3 丁建橋;周磊;張正華;;基于IMX53的視頻編碼的研究與應(yīng)用[J];無(wú)線電通信技術(shù);2014年02期

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2 慎涵;一種基于PCM的文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];華中科技大學(xué);2013年

3 李成龍;基于USB通信的嵌入式主從機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[D];中南大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2568701