申威架构下的软件平滑嵌套页表

嵌套页表是一种硬件辅助的内存虚拟化模型,当前国产申威处理器上未能提供该模型所需的硬件支持.然而申威架构特有的特权程序可编程接口可以通过软件构建必要的底层硬件支持.该接口运行在申威硬件模式上,具有最高CPU特权级.基于这一特性,在申威平台上实现了软件平滑嵌套页表模型swFNPT,通过软件设计优化弥补了硬件支持上的不足.特...     

墓于MIPS架构的内存虚拟化研究

内存虚拟化是系统虚拟化中如何有效抽象、利用、隔离计算机物理内存的重要方法,决定着系统虚拟化的整体性能.传统的纯软件内存虚拟化方法会产生较大的资源开销并且兼容性差,而硬件辅助的内存虚拟化方法需要重新设计处理器硬件架构.基于MIPS架构处理器提出一种软硬件协同的内存虚拟化方法,在不增加硬件支持的情况下提高内存虚拟化性能.提出的多层虚拟地址空间模型不仅可以解决MIPS架构处理器存在的虚拟化缺陷,而且可以在已有的内存虚拟化方法上提高性能.在多层虚拟地址空间模型的基础上,提出基于地址空间标识码(address space identity,ASID)、动态划分的旁路转换缓冲(translation lookaside buffer,TLB)共享方法,降低了虚拟机切换的开销.最终,在MIPS架构的龙芯3号处理器上实现了系统虚拟机VIRT-LOONGSO)N.性能测试表明,提出的方法可以提高大多数测试程序的性能,达到二进制翻译执行性能的3～5倍,并在TLB模拟方法的基础上提高了5％～16％的性能.     

基于超低延迟SSD的页交换机制关键技术

随着内存密集型应用的快速发展,应用对单机内存容量的需求日益增大.然而,受到颗粒密度的限制,内存容量的扩展度较低.页交换机制是进行内存扩展的经典技术,该机制通过将较少使用的内存页面暂存在存储设备,以达到扩展内存的目的.过去页交换机制由于慢速磁盘的读写速度限制,无法被广泛应用.近年来,得益于超低延迟固态硬盘（solid state drive, SSD）的快速发展,页交换机制可以利用其低延迟的读写特性,提升页交换效率.然而,在低I/O延迟的情况下,传统页交换机制的I/O栈存在巨大的软件开销.首先对使用超低延迟SSD的Linux页交换机制进行测试与分析,发现现有页交换机制的主要瓶颈在于发送请求时存在队头阻塞问题、I/O合并和调度开销,以及内核返回路径上的中断处理和直接内存回收开销.基于分析结果,提出基于超低延迟SSD的页交换机制Ultraswap.Ultraswap在Linux I/O栈的基础上增加对轮询请求的处理,并降低I/O合并与调度开销,实现轻量级的I/O栈.基于Ultraswap的I/O栈,对内核页交换机制的换入与换出路径进一步优化.通过优化对缺页、直接内存回收的处理,降低页交换机制...     

申威架构下的虚拟机访存特征提取方法

虚拟化技术是云服务的重要支柱之一,虚拟化充分扩展了物理资源的灵活性,提升了物理资源的利用率。随着国家信息化水平的发展,云服务器核心技术自主可控、安全高效的要求不断提高。近年来,作为国产服务器的典型代表,申威架构服务器的功能不断完善。提出了申威架构上的虚拟机访存特征提取方法,充分利用了申威架构独特优势,实时测算虚拟机的内存缺失率曲线,并最终计算工作集大小,同时利用热页集机制大幅度减少页面追踪的性能开销。实验结果表明,该方法可以准确计算虚拟机工作集大小,平均误差低于3%,平均性能开销不高于8.3%。本工作为申威虚拟机内存动态分配提供条件,最终目标是提高申威云服务器整体性能和内存利用率。     

Linux内核内存管理机制和改进

理解和掌握Linux内核内存基本知识对学习Linux是至关重要的,Linux内核内存是学习Linux内核的基础,对于学习Linux其他方面的内容很有帮助,本文将主要介绍有关Linux内核内存两方面的内容,即内存管理机制及其改进。在内存管理机制中,主要介绍了分段机制和分页机制,它们是所有内存管理的基础,之后所有对内存管理的改进都是以分段机制和分页机制为基础的。在内存管理的改进中,介绍了三个主要的内容,即:反向映射,大内存页和在高端内存中存储页表条目。     

一种基于页面级流缓存结构的流检测和预取算法

为了提高网络内存的访存性能,基于一种页面级流缓存和预取结构提出了可变步长的带状流检测算法VSS(variable stride stream)和基于时钟步长的流预取优化算法来优化网络访存性能.带状流检测算法解决了固定步长流检测下循环访问中虚拟页地址的跳跃问题,消除了断流,可以有效提高流检测的覆盖率.基于时钟步长的流预取优化动态调整预取长度,可以解决有些预取不能及时取回的问题,进一步提高预取性能.通过和顺序预取算法的比较可以看出,VSS算法可以实现高准确率、低通信开销的预取.通过模拟分析了这种流缓存和预取机制在网络访存系统中的应用,验证了以少量性能下降换取灵活的远程内存扩展方法的可行性.     

VM内部隔离驱动程序的可靠性架构

利用虚拟化技术来整合资源已成为高性能服务器提高资源利用率的重要手段,虚拟化技术的可靠性对于高性能服务器所提供服务的质量至关重要.然而,驱动故障严重影响了虚拟机中操作系统的可靠性,也同样影响到整个服务器的可靠性.为此,提出一种在虚拟机内部通过隔离故障驱动程序来提高虚拟机可靠性的架构,该架构通过监视驱动程序所使用的内存信息来建立驱动可写权限的授权表,并在虚拟机监视器中设置虚拟机内核空间对应影子页表的写保护来捕获虚拟机的写操作,进而结合授权表判断被隔离驱动程序写操作的正确性.目前,该架构能够在无需修改驱动程序的情况下,在虚拟机内部实现对驱动程序的隔离.实验结果表明：该架构可以隔离84.63%的注入故障造成的系统崩溃失效,并且对于驱动性能的影响小于20%,提高了虚拟化环境的可靠性.     

基于多核的入侵防御系统的设计与实现

为了基于多核网络处理器设计高性能入侵防御系统,提出一个易扩展的利于性能最大化的软件方案.给出了基于多核处理器OCTEON Plus CN5860的实现.用该处理器的SSO单元进行基于流的数据包分发,各核运行相同的简单代码循环,采用轮询方式从SSO单元获得数据包.初始化时按照最大页表配置好TLB,避免TLB缺失引起的性能损失.测试数据表明,该方案的核之间取得了较充分的并行化,性能随着核数量的增加而线性增长.     

基于消息的内存系统关键技术研究

提出了一种基于异步的请求和应答消息的新型访存协议.相比于传统的同步总线式内存体系结构,可变粒度的访存提高了内存带宽的有效利用率,异步消息访问有利于内存容量的扩展.本文通过分析典型应用程序的访存行为评估了消息式内存可能带来的性能提升,并探讨了实现消息式内存所面临的挑战.     

基于KVM的远程声卡显卡虚拟化技术

针对家庭多媒体环境下的设备共享问题, 提出了一种基于KVM虚拟机的远程设备虚拟化技术方案. 该方案利用了KVM虚拟机的设备模拟技术, 在其设备模拟模块QEMU中实现远程设备虚拟化, 使得本地用户能够像使用本地的设备一样使用远程的真实物理设备. 接着描述了远程虚拟声卡和显卡的具体实现以及相应的优化措施, 并且利用远程虚拟显卡实现了屏幕扩展功能,最后通过实验进行性能分析. 本方案优点在于仅需要在用户态的虚拟设备层添加所需要的远程设备的虚拟化, 方便灵活且系统的安全性高同时不需要修改客户操作系统.