基于国产平台的虚拟化操作系统架构研究及其实现

高性能计算操作系统面临独特的需求与挑战,这些需求与挑战涵盖并发与高效、系统弹性与容错、异构性、I/O和访存带宽、低噪等诸多方面。传统宏内核操作系统并不能完全满足HPC领域的独特需求,因而需要为HPC定制操作系统。提出虚拟化操作系统架构,该架构主要包含两部分：（1）虚拟机监视器与轻量级内核相结合的虚拟化操作系统架构;（2）支持分时复用虚拟机与空间分割虚拟机相结合的虚拟机监视器架构。在国产平台上设计并实现了一个简单的系统原型Hypervk,说明了上述架构的可行性。初步的实验结果表明,系统具有较好的效率、低噪特性与可行性,在一定程度上可以满足HPC操作系统独特的需求。     

轻量级工作流管理系统架构设计

为了克服传统工作流管理系统的缺点,满足企业流程的自动化和提高企业的市场竞争力,分析了当前工作流管理系统普遍存在的问题和轻量级工作流管理系统架构设计的必要性;搭建了由客户层、表示逻辑层、持久层和数据库服务层组成的多层次工作流管理系统的整体架构,设计了可以根据需要灵活添加和裁减组件的轻量级工作流管理系统核心架构,详细地描述了该架构各个组件及功能,并且基于该架构的系统可以根据具体需求灵活地定制不同领域的工作流管理系统中.     

基于可信轻量虚拟机监控器的安全架构*

虚拟化技术越来越多地被用于增强商用操作系统的安全性。现有的解决方案通常将虚拟机管理软件（VMM）作为可信集,利用其作为底层架构的优势来为上层软件提供安全功能。这些方案都是基于通用虚拟机管理软件,因而存在以下问题：a）虚拟化性能上开销大;b）作为可信集相对比较庞大;c）不能提供有效的信任链证明自身可信性。针对上述问题,提出以轻量虚拟机监控器作为可信集的安全架构——Cherub架构,Cherub利用主流处理器的安全扩展指令和硬件辅助虚拟化技术在运行的操作系统中插入轻量级的虚拟机监控器,并利用该虚拟机监控器作为可信集用于实现多种安全目标。实验结果证明了该架构的有效性,并具有代码量小、动态可加载和虚拟化开销小等优点。     

轻量级J2EE架构的研究

随着开源运动的不断发展,从数据持久层到业务层再到表现层都涌现了一批优秀的轻量级开源框架。针对轻量级J2EE架构的整体设计和各个层的具体设计展开研究,综述了各个层中出现的主要框架和设计方案,分别对它们进行了比较分析。     

一种轻量级的监控架构设计

随着安全要求的增强以及不断发展的平台资源监控需要,业界比较成熟的监控架构不再适应发展。提出一种轻量级的两层监控系统架构,通过Expect技术灵活实现轻量级、可扩展的平台资源监控,满足发展需要。通过在某公司依据该架构设计实现的监控系统的上线使用,有效证明了该架构的可行。     

轻量级架构在大学英语考试教改系统中的应用

该文针对大学英语考试改革与目前软件多层体系结构的发展状况,结合.NET平台中新的轻量级框架Spring.NET和Nhiber-nate,讨论轻量级框架在复杂考试系统中的启到得作用。文中在分析了框架的实现原理的基础上,将其应用在考试系统表示层、业务层、持久层三层架构开发的上。Spring.NET主要负责业务逻辑层的数据访问关系,Nhibernate主要负责数据持久层的数据处理。     

基于Forth虚拟机的嵌入式多任务操作系统体系架构研究

面对越来越复杂的嵌入式应用需求以及当今嵌入式操作系统研究领域亟待解决的重构、移植、维护、可信、多核、众核等诸多难题,采用Forth虚拟机技术,对基于Forth虚拟机架构的嵌入式操作系统关键技术进行探索,提出一种具有良好扩展和移植特性、高效精简的基于Forth虚拟机的嵌入式多任务操作系统体系架构。该架构采用分类存储映射、Forth向量定义和用户变量分离,实现了代码共享和多任务管理。实验结果表明,基于Forth虚拟机架构的嵌入式操作系统在发挥Forth系统固有特性的同时,减少了资源占用,提高了系统的灵活性及运行效率。     

基于J2EE的二手图书商务网站的开发

提出一种轻量级的J2EE解决方案,介绍了使用开源框架Spring,Struts和Hibernate的组合开发二手图书电子商务网站的过程,用Struts来架构表示层,用Spring来架构业务层,用Hibernate架构持久层,从而提高项目代码的复用性及项目开发的效率.重点介绍了系统的功能设计,数据库设计以及系统的有关实现过程.     

虚拟机可瞬时开启的私有桌面云架构

私有桌面云被广泛应用在集中计算、集中管理、远程办公等场景中.现有的私有桌面云多基于OpenStack云操作系统搭建,然而,该操作系统在使用时会出现虚拟机开启时间过长导致用户等待的问题,无法满足某些应用的高实时性要求.对此,使用模板镜像策略和网络连接存储策略作为云存储层解决方案,提出一种虚拟机可瞬时开启(ISVM)的私有桌面云架构.ISVM桌面云架构包括云管理层、云存储层、云服务层.经过测试和分析发现,ISVM私有桌面云架构的虚拟机开启时间约为OpenStack云平台虚拟机开启时间的1/100,达到了毫秒数量级,能够满足应用的实时性要求.     

移动平台Android操作系统虚拟化技术的实现

虚拟化技术的研究正逐渐从服务器端转向移动智能设备领域。现有的虚拟化架构需要在物理硬件层和虚拟系统间进行大量的指令翻译,开销大,效率低。针对这一问题,提出了一种轻量级的移动操作系统虚拟化架构。通过在Linux内核命名空间机制的基础上扩展Driver命名空间框架,实现了多个虚拟Android系统的同时运行。此外,针对多个虚拟系统同时访问一套硬件设备发生冲突的问题,设计了通用的active-inactive模型来保证虚拟系统间对硬件设备的隔离复用。实验结果表明,虚拟后的Android系统在CPU使用率上并没有增加额外的开销,在内存使用量上减少了6.7%,此虚拟化架构具有很好的通用性与实用性。     

云计算虚拟化技术的发展与趋势

云计算是一种融合了多项计算机技术的以数据和处理能力为中心的密集型计算模式,其中以虚拟化、分布式数据存储、分布式并发编程模型、大规模数据管理和分布式资源管理技术最为关键。经过十多年的发展,云计算技术已经从发展培育期步入快速成长期,越来越多的企业已经开始使用云计算服务。与此同时,云计算的核心技术也在发生着巨大的变化,新一代的技术正在改进甚至取代前一代技术。容器虚拟化技术以其轻便、灵活和快速部署等特性对传统的基于虚拟机的虚拟化技术带来了颠覆性的挑战,正在改变着基础设施即服务（IaaS）平台和平台即服务（PaaS）平台的架构和实现。对容器虚拟化技术进行深入介绍,并通过分析和比较阐述容器虚拟化技术和虚拟机虚拟化技术各自的优势、适应场景和亟待解决的问题,然后对云计算虚拟化技术的下一步研究方向和发展趋势进行展望。     

虚拟机技术的复兴

虚拟机技术通过解除硬件和软件资源的体系结构和用户感知的行为与其物理实现之间的耦合,去解决计算机系统的安全、性能和可靠性等问题。本文简要地介绍了虚拟机技术的发展历史及其复兴的根源,总结了计算机系统虚拟方法共同的体系结构和虚拟机的概要分类。从CPU、内存和I／O三个方面综述了虚拟机监视器的实现技术,通过对当前产品应用和研究开发情况的阐述,可以感知未来虚拟机技术的发展趋势。最后,讨论了虚拟机技术给我国信息安全建设提供的历史机遇与挑战。     

基于虚拟化技术的客户虚拟机内核模块检测方法

虚拟化技术是云计算的关键技术之一.同时,监视虚拟机又是虚拟化平台的一个重要功能.为了更好的获取客户虚拟机的内部信息,在Xen虚拟化环境中设计并实现了一种轻量级的虚拟机内核模块检测方法KMDM. KMDM驻留在宿主机里面,利用虚拟机自省机制来获取被监控虚拟机的内核模块信息.实验结果表明, KMDM能够全面检测客户虚拟机的内核模块信息,检测结果准确、可靠.     

高效能计算机系统虚拟化技术研究

高效能计算机对系统的性能、安全性、可靠性和易用性等方面提出了更高的要求。虚拟机技术由于具有安全性好、配置和管理灵活等特点,已广泛应用于服务整合和安全管理等领域。但是,由于虚拟机技术在性能、管理和体系结构适用性等方面原因,在高性能并行计算机系统上尚未真正实用。我们提出了一种面向高性能并行计算机的虚拟化技术:高性能虚拟计算域(HPVZ)。HPVZ技术在保证系统性能的前提下,提供了具有用户独立可定制运行环境、服务质量管理、安全隔离和动态迁移的虚拟化高性能计算环境。测试表明,HPVZ在保证用户可以获得高性能计算机的原始计算能力的基础上,方便了用户使用,并改变了高性能计算机的传统使用模式。     

物联网体系及相关技术研究

当前物联网的定义、内在原理、体系结构和系统模型等方面还存在许多值得探讨的问题,为此,通过解析物联网的基本概念和特征,提出了物联网体系架构的感知层、网络层及应用层的三层架构,归纳了物联网涉及的射频识别、传感器、网络通信和云计算等关键技术,讨论了物联网在对象识别,跟踪及控制方面的具体应用。     

嵌入式Forth虚拟机架构的多任务调度算法设计与实现

针对嵌入式应用领域对操作系统在重构、扩展、移植、交互、安全、高效等方面日趋苛刻的现实需求及Forth系统所固有的特性,采用Forth虚拟机技术,对基于Forth虚拟机架构的嵌入式操作系统关键技术进行探索,提出一种具有良好扩展和移植特性、高效精简的基于Forth虚拟机架构的嵌入式多任务操作系统调度算法。该算法采用了以Forth虚拟机指令同步的协同式多任务调度机制,缩短了任务切换时间,将上下文切换操作简化为只需保存数据堆栈指针。实验结果表明,基于Forth虚拟机架构的多任务调度算法发挥了Forth系统所固有的特性,针对特定应用,提高了效率,适合资源有限的嵌入式环境。     

基于Linux平台的数控虚拟机系统

概述了开放式数控系统，尤其是开放式软数控的发展现状与特点；分析和构建了基于数控虚拟机的开放式数控系统的体系结构，介绍了此系统中的软／硬件结构；在对具有代表性的操作系统进行了研究与比较之后，选择了Linux作为此系统的软件开发平台；最后根据Linux内核的结构特点，重新划分了传统用户模式下运行的数控软件体系，建立了包含实时控制层和数控应用层的双层模型，就其中的关键性技术问题进行了探讨和分析，明晰了该虚拟机在Linux下的具体实现方法。     

面向应用的虚拟桌面网格架构

针对桌面网格中出现的应用部署难、作业结果差异大、系统可扩展性差等问题,基于虚拟化技术提出一种桌面网格架构。利用虚化技术的隔离性和封装性,通过面向应用的作业调度策略以及有限生命周期的虚拟机控制方式,实现一个易于扩展且易于部署的桌面网格架构。分析及测试结果表明,该架构适用于大规模应用场景,架构中所采用的面向应用的调度策略以及虚拟机控制方式是有效可行的。