基于PDRAM混合内存架构的Linux内存管理算法

近些年来,相变存储器(PRAM)凭借其良好的特性极有可能替代动态存储器(DRAM),发展为下一代主流内存技术.由于PRAM在延时和寿命方面的性能退化,因而采用了位于Linux同一物理地址空间的一大块PRAM和一小块DRAM作为主内存.现有的Linux内核并不是针对混合内存架构而开发的,无法降低PDRAM的内存功耗,因而,采用了基于PDRAM混合内存架构的Linux内存管理算法,针对不同页帧进行管理,并根据虚拟地址空间页面的一般访问性质进行选择分配内存页帧,动态迁移内存页帧,将频繁读为主的数据存储在PRAM,频繁写为主的数据存储在DRAM,从而在只增加0.4%的内存延时情况下,降低50%左右的内存功耗,并且没有影响PRAM的寿命.     

基于性能分析的片上影子堆栈存储器设计

针对堆栈访问局部性特征,通过建立片上影子堆栈存储器(Shadow Stack Scratch-Pad Memory,简称S~3PM),将堆栈访问热点映射至SPM,从而减少堆栈访问时内核对外存的访问次数,提高系统性能.在研究S~3PM的基础上,还对包含指令、数据和堆栈优化的SoC存储子系统进行总体设计空间探索,从而合理分配SPM资源.实验结果表明,7个基准测试程序仅使用128字节的S~3PM映射堆栈,可以取得最高30.8%,平均12.4%的性能提升.     

基于新型非易失存储器的混合内存架构的内存管理机制

随着互联网和云计算技术的迅猛发展,现有动态随机存储器（Dynamic Random Access Memory,DRAM）已无法满足一些实时系统对性能、能耗的需求.新型非易失存储器（Non-Volatile Memory,NVM）的出现为计算机存储体系的发展带来了新的契机.本文针对NVM和DRAM混合内存系统架构,提出一种高效的混合内存页面管理机制.该机制针对内存介质写特性的不同,将具有不同访问特征的数据页保存在合适的内存空间中,以减少系统的迁移操作次数,从而提升系统性能.同时该机制使用一种两路链表使得NVM介质的写操作分布更加均匀,以提升使用寿命.最后,本文在Linux内核中对所提机制进行仿真实验.并与现有内存管理机制进行对比,实验结果证明了所提方法的有效性.     

Linux系统运行态的动态变频低功耗策略

基于自主设计的嵌入式低功耗平台,深入分析了Linux系统运行态的低功耗管理技术.在分析Linux运行时动态变频技术的基础上,设计实现了动态变频的驱动层和内核适配层,提出了基于打分制的用户层策略和低开销的ondemand内核态策略.实验结果表明,在典型的应用场景下,采用提出的系统运行态功耗管理技术后,与优化前相比,系统运行功耗可降低28％.     

VMFS:一种持久性内存统一管理系统

针对当前持久性内存(PM,Persistent Memory)资源管理方案无法兼顾持久化特性和可字节寻址特性的问题,提出了一种融合Linux系统内核虚拟内存系统和文件系统的持久性内存统一管理系统VMFS(Virtual Memory File System).VMFS中的单个PM分区可同时提供内存分配和文件存储服务,并利用内外存统一管理的特性可实现内存到文件的重映射机制,避免了不必要的数据拷贝,提升了文件读写性能,且维持了原生编程接口.实验结果表明,对比内外存分别使用PM的方案,VMFS有效提升了文件读写性能.在两种实际工作负载下,VMFS相对于使用DRAM(Dynamic Random Access Memory)和PM分别作为内存和存储的方案具有成本优势和一定程度的持久化性能提升.     

IPTV机顶盒升级方案的设计与实现

针对目前基于嵌入式Linux系统的IPTV机顶盒(STB)在线升级方案存在系统自恢复方面的不足,通过划分Flash存储器空间和重新设计引导加载程序,改进并设计了一套新的机顶金在线升级方案.实际测试结果表明,本方案可以实现安全稳定的在线升级.     

Linux下的存储管理

内存管理单元作为操作系统的核心部分,在整个系统的运行过程中发挥着举足轻重的作用.Linux在其发展过程中不断的在完善和优化内存管理单元的功能和性能.本文总结了Linux2.4内核中存储管理子系统的总体框架,重点介绍存储管理子系统中各个模块的基本特点以及它们之间的联系,深入分析了内存管理的实现技术,对Linux2.4内核中存储管理中的重要的算法、数据结构做了相应的分析描述.     

Linux实时内存的研究与实现

Linux系统采用了虚拟存储技术,当请求的页面不在内存中时触发缺页中断,由此带来的延迟不确定,故不能满足实时应用程序的要求.此外,对于用户态和内核态存在大量数据传输的情况下,通用Linux系统也不能满足实时应用程序的需求.针对以上问题,讨论了Linux的内存管理,并采用内存映射技术来解决虚拟内存的换页问题以及实现用户态和内核态共享一块物理内存来满足实时应用程序的需求.在文章的最后,测试和比较了采用内存映射技术实现实时内存的性能.测试结果表明,采用该技术可以有效地为实时应用程序提供实时内存.     

嵌入式系统电源管理软件比较(下)

嵌入式Linux嵌入式Linux电源管理结构Linux标准内核标准电源管理有ACPI、APM等机制。这些机制依赖于PC机的BIOS功能实现。嵌入式系统一般都没有实现BIOS支持,对其能耗管理机制需要进行其他定义。消费类电子产品联盟—CELF对能耗管理作了定义,其框架如图4所示。     

移动终端Linux内核存储IO调优研究

基于Linux的移动智能终端普遍采用闪存设备作为存储装置,Linux内核通过Sysfs接口向用户空间提供存储IO相关的参数设置支持。文中针对移动终端系统存储IO需求,提出了存储IO调优方案,包括文件预读取、IO调度策略、EXT4文件系统3个方面的优化,并基于OMAP4平台环境进行测试。实验结果表明,本调优方法能显著提升系统存储IO的性能。     

Linux实时性能优化算法分析与研究

Linux以其内核精悍、功能强大、源代码公开、支持多种硬件平台以及支持丰富的开发工具等特点广泛应用在嵌入式系统领域.作为嵌入式产品的操作系统平台,实时性是一个很重要的目标.基于这个目标提出了一种提高Linux2.6实时性的O（1）算法,该算法设置了新的数据结构及进程调度过程,通过分析Linux 2.6的O（1）算法的时间复杂度,可以得知运用该算法可以极大提高系统的实时性能.     

最新Linux内核NX实现技术分析

NX(No eXecute)是一种通过将数据页标记为不可执行来防止恶意代码执行的硬件机制。对最新的Linux内核中NX实现技术进行了分析。首先,介绍了x86平台处理器的NX技术,给出了保护模式下的处理器启用物理地址扩展后,检测、打开该安全机制的方法及具体保护机理。其次,分析了最新的Linux 2.6.11.7内核检测、启动NX的过程,归纳了新的页面保护函数,阐明了页面异常的处理过程。最后,总结了实现NX的优点并指出了可能带来的问题。     

基于KVM的虚拟机Post-Copy动态迁移算法稳定性优化

虚拟机动态迁移技术为虚拟化系统的资源调度提供了强有力的支撑,Post-Copy算法作为虚拟机动态迁移的两个核心算法之一,凭借其总体迁移时间稳定与迁移停机时间短的优点,一直是国内外学者研究的热点问题。对虚拟机的故障容错机制、迁移过程中的内存页面传输方式与缺页错误的关联性,以及QEMU-KVM平台源码进行了深入的研究,提出了基于事务同步的故障容错方法以提升Post-Copy迁移算法的稳定性。试验结果表明,提出的虚拟机Post-Copy迁移优化算法,能保证迁移过程中源端虚拟机故障、目标端虚拟机故障以及网络故障的迅速修复,能通过较小的代价解决稳定性问题,所提出的方法有效地提升了Post-Copy迁移算法的稳定性,也为以后的优化研究方向提供了参考。     

基于嵌入式Linux内核驱动的电气控制系统

在物联网环境下进行电气控制系统优化设计,提高电气自动化控制的品质和稳健性.提出一种基于嵌入式Linux内核驱动的电气控制系统设计方法,实现了水声智能传感电机的电气控制.首先进行了物联网环境下的水声智能传感电机系统的电气控制算法设计,通过基线漂移抑制,得到水声智能传感电机的电气控制内环模型参量整定模型.系统的硬件设计包括A/D采样电路、信号滤波电路、时钟控制电路、程序加载电路、接口电路等.采用嵌入式Linux内核驱动实现程序加载,实现系统的软件优化设计.仿真结果表明,该控制系统具有较好的输出匹配性能,鲁棒性较好,控制品质较高.     

Efficient migration of complex off-line computer vision software to real-time system implementation on generic computer hardware

This paper addresses the problem of migrating large and complex computer vision code bases that have been developed off-line, into efficient real-time implementations avoiding the need for rewriting the software, and the associated costs. Creative linking strategies based on Linux loadable kernel modules are presented to create a simultaneous realization of real-time and off-line frame rate computer vision systems from a single code base. In this approach, systemic predictability is achieved by inserting time-critical components of a user-level executable directly into the kernel as a virtual device driver. This effectively emulates a single process space model that is nonpreemptable, nonpageable, and that has direct access to a powerful set of system-level services. This overall approach is shown to provide the basis for building a predictable frame-rate vision system using commercial off-the-shelf hardware and a standard uniprocessor Linux operating system. Experiments on a frame-rate vision system designed for computer-assisted laser retinal surgery show that this method reduces the variance of observed per-frame central processing unit cycle counts by two orders of magnitude. The conclusion is that when predictable application algorithms are used, it is possible to efficiently migrate to a predictable frame-rate computer vision system.     

利用netfilter NFQUEUE实现网关认证的HTTP重定向

利用netfilter的NFQUEUE机制,将未认证用户的TCP 80端口流量发送至用户态进程redir_http,redir_http使用原始套接字发送应答数据分组,在用户态实现HTTP重定向功能。这种实现方法既保证了重定向的高性能,又能避免Linux内核中的繁琐程序开发,降低程序开发复杂度,提高系统运行的稳定性。     

Linux安全模块实现的研究

直到2.6内核的出现,Linux操作系统一直缺乏对安全机制融入内核的普遍支持,Linux安全模块(Linux Securiy Module)可以克服这个缺陷。对LSM的体系结构、安全域和钩子函数以及能力模块进行了研究,探讨了LSM如何作为一个基本框架将Linux内核与具体的安全模块相结合,从而提高Linux操作系统的安全性。     

基于FSO系统极化码的改进译码方案研究

针对服从对数正态分布的大气弱湍流信道模型,选用极化码来改善FSO系统传输性能。引入一种基于3×3核心矩阵的置信传播(BP)译码方法,对核心矩阵、码字长度、以及基本单元计算式进行了改进。对比采用新型BP译码方法与传统BP译码方法的FSO系统误码率性能。仿真实验结果表明,改进型BP译码方法与传统BP译码方法相比有着更低的误码率。由于系统构造的原因,改进型BP译码占用的存储空间较少、译码延迟时间短,在码长较长的情况下,对FSO系统传输性能有较大的提升。     

基于S3C2440的嵌入式Linux系统移植

针对嵌入式系统的应用和开发的需要,提供在ARM嵌入式平台上移植Linux系统的方法。在对Linux内核体系的研究基础上,分析往ARM平台上移植Linux需要的工作,可以提高系统的设计水平,缩短开发时间。ARM9选用的是三星公司的S3C2440,Linux内核版本号为2.6.30.4。介绍了嵌入式系统移植的主要过程,包括U-boot的移植与修改、Linux内核的配置和编译、根文件系统的定制。移植后Linux系统在ARM平台上运行良好。实验结果证明该方法是可行的,同时对其他嵌入式系统开发有一定的参考意义。