基于微内核的IO虚拟化技术的研究与实现
这是一篇关于I/O虚拟化,微内核,实时性,嵌入式系统的论文, 主要内容为随着万物互联等新型应用场景的出现,嵌入式领域的应用场景复杂度日益提高。为了整合嵌入式系统中大量的输入输出设备,嵌入式I/O虚拟化技术成为嵌入式领域的研究热点。目前I/O虚拟化方式受限于虚拟机管理程序架构,其组件与处于特权级的其他组件高度耦合。随着I/O设备数量的增加,特权级软件变得庞大而臃肿,潜在的安全威胁使其难以满足嵌入式环境安全性方面的要求。同时,虚拟化环境下,虚拟机管理程序丢失了客户虚拟机I/O任务提供的I/O实时信息,这导致目前的I/O虚拟化解决方案难以满足嵌入式环境对实时性方面的要求。本文对现有的虚拟机管理程序架构以及I/O虚拟化解决方案进行研究,为教研室自主研发的mginkgo微内核增加了虚拟化扩展,并且提出了基于微内核架构的I/O虚拟化解决方案和实时性优化算法。本文的主要贡献如下:(1)本文为mginkgo微内核的CPU、中断和内存管理模块增加了虚拟化扩展,完成了中断控制器三大组件的虚拟化。中断管理机制对硬件平台产生的所有中断进行分类,实现了对虚拟中断的管理。本文增设的虚拟化扩展为I/O虚拟化的实现提供了重要的基础功能支持。(2)本文基于微内核架构的设计理念,将I/O虚拟化的组件实现在非特权级,降低了组件间的耦合度与特权级软件的大小。在此基础上本文提出了一套前后端驱动通信标准接口并且设计了前后端驱动的数据交互通信机制。该通信机制充分利用了微内核的组件,通过扩展进程间通信组件和权能访问控制组件增强了通信过程的安全性,完善了嵌入式虚拟化环境下对I/O通信以及安全性的需求。(3)针对虚拟机管理程序丢失客户虚拟机I/O实时信息的问题,本文提出了实时信息对象。实时信息对象携带了应用程序的实时信息,虚拟机管理程序可以通过实时信息对象感知客户虚拟机的I/O实时信息。基于实时信息对象提供的实时信息,本文设计并实现了相应的实时性优化算法。最后,本文在ARMv8硬件平台上实现了该I/O虚拟化解决方案,并且分别设计和实现了功能测试和性能测试。其中包括I/O虚拟化解决方案各个接口、中断相关的功能测试,并且检测了中断、I/O处理等机制的开销。经实验证明,该解决方案能够满足虚拟化环境下的I/O功能需求,并且具有高安全性、低开销的特性。
基于JMX规范的资源管理框架的研究和实现
这是一篇关于J2EE,应用服务器,JMX,微内核,组件管理,资源管理,应用程序管理的论文, 主要内容为今天,越来越多的开发者需要为企业实现分布式事务的应用程序,在服务器端技术方面获得良好的速度、安全和可靠性。要适应快速发展和需求易变的电子商务和信息科技大环境,企业级应用程序必须以比传统方案更低的成本、更快的速度以及尽量更少的资源消耗来进行设计、构造和生产。 为了缩减开发成本,快速跟踪企业应用的设计和开发,J2EE技术提供了基于组件的设计方法来开发、集成、部署应用程序。J2EE平台提供了多层分布式应用模式,使具有重用的能力,并集成了基于XML的数据交换 —— 一个统一的安全模式及灵活的事务控制。 J2EE框架的核心是J2EE容器,它是组件和支持组件功能的底层特定平台(如数据库)之间的接口。在运行Web组件、企业Bean或者J2EE应用程序客户端之前,必须将它们装配到一个J2EE应用程序中,并部署它们到容器中。J2EE应用程序由组件构成。一个J2EE组件是自包含的,与其相关的的其他组件通信的类及文件集成到J2EE应用程序的功能单元。J2EE规范定义了这样一些组件:客户程序及小程序、服务器端的Servlet&Jsp组件、服务器端的企业逻辑组件EJB。 如此多的相关技术被集中到一个框架,引发了一个问题,就是如何管理、控制这些组件和它们之间的协作关系,以及如何管理、监控它们所表达的企业资源。这个问题的解决之道就是建立Java管理扩展框架(JMX)。Java管理扩展框架用Java编程语言定义了一个体系结构、设计模式、用户编程接口,以及为应用程序提供了管理、监控的多种服务。JMX就是一个为应用程序、设备、系统等植入管理功能的框架,它可以跨越一系列异构操作系统平台、系统体系结构和网络传输协议,灵活的开发无缝集成的系统、网络和服务管理应用。JMX结构的优势主要体现在: 大幅度降低对Java应用程序管理的成本; 提供一个可扩展的管理框架; 整合现存的管理方案; 协调现存的标准Java技术;
基于微内核的IO虚拟化技术的研究与实现
这是一篇关于I/O虚拟化,微内核,实时性,嵌入式系统的论文, 主要内容为随着万物互联等新型应用场景的出现,嵌入式领域的应用场景复杂度日益提高。为了整合嵌入式系统中大量的输入输出设备,嵌入式I/O虚拟化技术成为嵌入式领域的研究热点。目前I/O虚拟化方式受限于虚拟机管理程序架构,其组件与处于特权级的其他组件高度耦合。随着I/O设备数量的增加,特权级软件变得庞大而臃肿,潜在的安全威胁使其难以满足嵌入式环境安全性方面的要求。同时,虚拟化环境下,虚拟机管理程序丢失了客户虚拟机I/O任务提供的I/O实时信息,这导致目前的I/O虚拟化解决方案难以满足嵌入式环境对实时性方面的要求。本文对现有的虚拟机管理程序架构以及I/O虚拟化解决方案进行研究,为教研室自主研发的mginkgo微内核增加了虚拟化扩展,并且提出了基于微内核架构的I/O虚拟化解决方案和实时性优化算法。本文的主要贡献如下:(1)本文为mginkgo微内核的CPU、中断和内存管理模块增加了虚拟化扩展,完成了中断控制器三大组件的虚拟化。中断管理机制对硬件平台产生的所有中断进行分类,实现了对虚拟中断的管理。本文增设的虚拟化扩展为I/O虚拟化的实现提供了重要的基础功能支持。(2)本文基于微内核架构的设计理念,将I/O虚拟化的组件实现在非特权级,降低了组件间的耦合度与特权级软件的大小。在此基础上本文提出了一套前后端驱动通信标准接口并且设计了前后端驱动的数据交互通信机制。该通信机制充分利用了微内核的组件,通过扩展进程间通信组件和权能访问控制组件增强了通信过程的安全性,完善了嵌入式虚拟化环境下对I/O通信以及安全性的需求。(3)针对虚拟机管理程序丢失客户虚拟机I/O实时信息的问题,本文提出了实时信息对象。实时信息对象携带了应用程序的实时信息,虚拟机管理程序可以通过实时信息对象感知客户虚拟机的I/O实时信息。基于实时信息对象提供的实时信息,本文设计并实现了相应的实时性优化算法。最后,本文在ARMv8硬件平台上实现了该I/O虚拟化解决方案,并且分别设计和实现了功能测试和性能测试。其中包括I/O虚拟化解决方案各个接口、中断相关的功能测试,并且检测了中断、I/O处理等机制的开销。经实验证明,该解决方案能够满足虚拟化环境下的I/O功能需求,并且具有高安全性、低开销的特性。
面向armv8处理器的微内核设计与优化
这是一篇关于微内核,ARMv8,多核,并发性,实时性的论文, 主要内容为随着近年来嵌入式物联网设备的大力发展,微内核架构由于其本身独特的设计理念,具备代码量小、安全性高、可扩展性强等一系列优势,非常符合各种嵌入式设备在医疗、汽车等新型应用场景下的需求。当下在嵌入式领域中,主流的嵌入式设备为ARMv8系列。虽然目前市面上的微内核种类繁多,但大多数设计实现都不够成熟且泛用性较强,对于ARMv8处理器的适配缺乏优化。本文通过对ARMv8架构的研究,基于团队自研的Mginkgo微内核,设计并实现了面向ARMv8处理器平台的微内核操作系统,同时针对微内核的实时性、并发性等重要性能指标进行优化与改进。本文的主要工作如下:(1)基于团队自研的Mginkgo微内核模型,进行面向ARMv8多核处理器的微内核操作系统设计。其中重点涉及地址空间管理模块、异常管理模块、任务管理模块、内存管理模块、多核拓展模块。(2)针对微内核在多核环境下的并发应用场景,借助硬件提供的Large System Extension,设计并实现了高性能的无锁并发队列mkqueue。此外,实现了用户态内核态混合同步原语mkmutex,其结合了mutex在高并发场景下的高性能与spinlock自旋锁在低并发场景下的高CPU利用率和低延迟。(3)针对微内核在多核环境下的实时应用场景,提出微内核的中断上下半部机制,克服了传统中断上下半部机制存在的一系列缺点,减少了系统的最大关中断时间,提高了系统的实时性。在任务调度方面,引入了调度器层次化结构设计,设计全局调度器与本地调度器,并将本地核心划分为通用核心组和实时核心组,极大的提升了内核的实时性,能够一定程度上满足工业实时任务的需求。最后在RK3566开发板上完成内核的功能测试与性能测试,测试结果表明,本文所设计实现的微内核操作系统能够满足嵌入式设备对功耗、性能的需求。
面向armv8处理器的微内核设计与优化
这是一篇关于微内核,ARMv8,多核,并发性,实时性的论文, 主要内容为随着近年来嵌入式物联网设备的大力发展,微内核架构由于其本身独特的设计理念,具备代码量小、安全性高、可扩展性强等一系列优势,非常符合各种嵌入式设备在医疗、汽车等新型应用场景下的需求。当下在嵌入式领域中,主流的嵌入式设备为ARMv8系列。虽然目前市面上的微内核种类繁多,但大多数设计实现都不够成熟且泛用性较强,对于ARMv8处理器的适配缺乏优化。本文通过对ARMv8架构的研究,基于团队自研的Mginkgo微内核,设计并实现了面向ARMv8处理器平台的微内核操作系统,同时针对微内核的实时性、并发性等重要性能指标进行优化与改进。本文的主要工作如下:(1)基于团队自研的Mginkgo微内核模型,进行面向ARMv8多核处理器的微内核操作系统设计。其中重点涉及地址空间管理模块、异常管理模块、任务管理模块、内存管理模块、多核拓展模块。(2)针对微内核在多核环境下的并发应用场景,借助硬件提供的Large System Extension,设计并实现了高性能的无锁并发队列mkqueue。此外,实现了用户态内核态混合同步原语mkmutex,其结合了mutex在高并发场景下的高性能与spinlock自旋锁在低并发场景下的高CPU利用率和低延迟。(3)针对微内核在多核环境下的实时应用场景,提出微内核的中断上下半部机制,克服了传统中断上下半部机制存在的一系列缺点,减少了系统的最大关中断时间,提高了系统的实时性。在任务调度方面,引入了调度器层次化结构设计,设计全局调度器与本地调度器,并将本地核心划分为通用核心组和实时核心组,极大的提升了内核的实时性,能够一定程度上满足工业实时任务的需求。最后在RK3566开发板上完成内核的功能测试与性能测试,测试结果表明,本文所设计实现的微内核操作系统能够满足嵌入式设备对功耗、性能的需求。
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