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.     

基于龙芯一号IP核的EJTAG调试

在嵌入式系统中,片上调试是一种非常重要及有效的调试手段,而EJTAG就是其中一个重要的分支。本文从处理器的体系结构上讨论了EJTAG的设计、组成及工作原理,并针对龙芯一号处理器IP核,给出了GS32S处理器EJTAG调试的实现方法。经过项目的实际验证,在该方法的基础上实现的仿真器产品,不仅满足龙芯一号处理器的调试要求,而且满足标准的MIPS处理器的调试要求,扩展了MIPS仿真器产品的使用范围。     

多核虚拟机监控系统

随着多核处理器时代的到来,虚拟化技术被广泛使用,而多核虚拟机就是其中一种.目前多核虚拟机监控一般都是采用硬件虚拟化的技术,即通过虚拟化技术虚拟出多个串口来达到监控目的.给出一种基于系统级共享内存的多核虚拟化监控系统方案,并提供了完整的设计与实现方案.     

龙芯3号互联系统的设计与实现

龙芯3号的互联结构设计采用了一种基于二维Mesh的可伸缩分布式多核结构,可为芯片级、主板级和系统级的互联提供统一的拓扑结构和逻辑设计.龙芯3号的对外接口采用扩展的HyperTransport协议,既可以用于连接IO,又可以实现多芯片的互联.在龙芯3号的互联结构中还设置了软件路由配置机制,可以在板级直接构筑中等规模的CC-NUMA系统和更大规模的NCC-NUMA系统,提供高效的通信机制.介绍了基于龙芯3号的多处理器系统互联架构.采用了双层可伸缩互联结构:片内由二维Mesh连接多个结点.结点内由交叉开关连接多个处理器核和二级缓存模块.片间无需额外硬件支持即可通过支持缓存一致性的HyperTransport接口实现16核的多处理器系统.利用层次化目录技术,龙芯3号还可以支持更大规模的多处理器系统.龙芯3号的互联架构为搭建简洁、高效、灵活、高度可扩展的共享存储多处理器系统提供了有力支持.     

一种适应多核处理器核间通信机制的设计

随着单芯片上集成处理器内核数量的增加,在支持多核处理器的应用程序方面,核间通信变得更加重要.通过分析多核运行任务特点,根据处理核上运行任务功能的不同,将处理核分成两类:控制核和计算核.根据对核的分类,提出了一种新的核间通信模型,该模型提供了三种不同的通信通道.运用这三条通道,把应用程序的I/O部分从计算核迁移到控制核来提高多核的利用率,实验结果表明该方式有效提高核间协作以及核间通信的效率,提升处理器的利用率.     

TMS320C6678多核DSP的核间通信方法

嵌入式应用中采用多处理系统所面临的主要难题是多处理器内核之间的通信。对Key-Stone架构TMS320C6678处理器的多核间通信机制进行研究,利用处理器间中断和核间通信寄存器,设计并实现了多核之间的通信。从系统的角度出发,设计与仿真了两种多核通信拓扑结构,并分析对比了性能。对设计多核DSP处理器的核间通信有一定的指导价值。     

MIPS公司授权中科院计算技术研究所使用MIPS架构

MIPS科技公司（MIPS Technologies,Inc）宣布,中国科学院计算技术研究所（ICT）已获得MIPS32和MIPS64架构授权,以进一步推动龙芯系列处理器的开发与商业化工作。2007年,MIPS科技的授权客户意法半导体（STMieroelectronics）选用MIPS64架构来支持jCT的龙芯处理器研发。本次则是该机构首度直接取得MIPS塞构授权。     

龙芯中科获MIPS32与MIPS64架构授权用于开发嵌入式和计算应用

美普思科技公司（MIPS Technologies，Inc）宣布，已获得MIPS32和MIPs64架构授权，将持续开发MIPS—Based龙芯CPU内核。龙芯中科将使用这些处理器锁定从高端运算、云端服务器和终端装置，到工业控制、智能电表、汽车、GPS和移动装置等嵌入式应用的各种应用市场。     

异构处理器多操作系统协同技术研究

随着嵌入式设备应用场景日趋复杂的变化,异构多核架构逐渐成为嵌入式处理器的主流架构.目前,多核处理器主要采用的单操作系统模式在实际应用中存在诸多局限性.为了充分发挥异构处理器的多核特性,针对异构处理器不同核部署相应的操作系统并实现多操作系统协同处理技术至关重要.本文对异构多核处理器（ARM+DSP）操作系统进行了研究,在异构多核平台上成功移植了嵌入式Linux和国产DSP实时操作系统ReWorks;为实现ReWorks与Linux操作系统协同处理,本文对核间通信的关键技术进行分析研究,并以TI公司的AM5718为例,设计了一系列多核异构通信组件.经测试,本文设计的异构通信组件实现了在ARM上对DSP核进行ReWorks操作系统和应用程序的动态加载、Linux与ReWorks核间消息收发、以及Linux与ReWorks的协同计算等功能.     

基于龙芯3A处理器的嵌入式操作系统BSP设计技术

以国产龙芯3A处理器为栽体,通过分析多核系统的体系架构和硬件特征,提出了基于龙芯3A处理器的JARI-works操作系统BsP设计的基本思路及关键技术,目前该BSP包已经在项目中得到应用,对其他嵌入式操作系统在龙芯系列处理器上的移植具有一定的参考作用。     

虚拟化技术下的安全

随着作为云底层的虚拟化技术的蓬勃发展,在很多机构中,虚拟化技术已经成为其基础IT架构中的重要组成部分,许多虚拟化技术的优势也在各个部门中体现,如：服务器整合、更快更强大的硬件、简单的使用方法、灵活的快照技术,强大的故障迁移能力以及灾备能力等.在虚拟化技术应用越来越广泛的今天,虚拟化的安全问题也成为了这种繁荣背后的隐患.虚拟化技术的安全缺陷主要包括：宿主系统的安全、虚拟网络的安全、虚拟系统的安全以及主机系统和虚拟系统之间的控制安全等.     

龙芯3A平台上Linux应用程序本地开发环境的实现

应用于高性能计算和服务器的龙芯3ACPU拥有丰富的资源和优秀的性能。与交叉开发环境相比,在龙芯3A平台上使用本地开发环境进行应用程序的开发会更方便、更高效。基于模拟器Qemu和Debian for MIPS操作系统,在＂龙芯3A＂平台上成功创建了本地开发环境,给出了详细的创建方法与步骤。     

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LXC的Android系统虚拟化技术

虚拟化技术的研究正逐渐从高性能服务器端转向移动智能设备领域. 现有的虚拟化方案多是采用多内核方案,系统负载高,效率低. 针对车载系统等平台多屏显示以及资源受限等问题,本文提出一种基于容器技术的Android轻量级虚拟化方案. 该方案通过利用Namespace资源隔离机制和Cgroup资源分配机制,使得ARM平台在资源使用较少的同时,能够同时启动多个Android虚拟机,并且各虚拟机上的屏幕显示相互独立. 测试结果表明,该方案的内存占用率较双系统方案降低了7%,而平均CPU使用率较原生Android系统仅增加了1%.     

VFRS:一种面向虚拟计算环境的入侵容忍方法

虚拟计算环境的开放性、复杂性和动态性向入侵容忍提出了新的挑战,提出VFRS方法以解决虚拟计算环境中数据对入侵的容忍问题.设计SCSFA算法分析虚拟计算环境的系统调用行为序列,以识别虚拟计算环境下的入侵企图,预测敏感数据的高危区域;其次,将要保护的数据划分成若干片数据,并以容忍虚拟计算环境随机错误为目标对每个片数据冗余备份;然后将冗余片数据分散到不同虚拟机上.VFRS方法能有效预测虚拟计算环境下的异常入侵,并能较好地容忍虚拟计算环境下的复杂性错误.对VFRS方法实现的关键问题进行了详细的讨论和分析.     

Intel virtualization technology

A virtualized system includes a new layer of software, the virtual machine monitor. The VMM's principal role is to arbitrate accesses to the underlying physical host platform's resources so that multiple operating systems (which are guests of the VMM) can share them. The VMM presents to each guest OS a set of virtual platform interfaces that constitute a virtual machine (VM). Once confined to specialized, proprietary, high-end server and mainframe systems, virtualization is now becoming more broadly available and is supported in off-the-shelf systems based on Intel architecture (IA) hardware. This development is due in part to the steady performance improvements of IA-based systems, which mitigates traditional virtualization performance overheads. Intel virtualization technology provides hardware support for processor virtualization, enabling simplifications of virtual machine monitor software. Resulting VMMs can support a wider range of legacy and future operating systems while maintaining high performance.     

多核平台上一种分布式的虚拟运行环境

随着多核体系结构的快速发展,如何充分利用多核系统提供的计算能力,同时对可靠性、可扩展性和协同性提供支撑成为软件面临的难题。本文描述了一种运行在多核平台上的分布式虚拟运行环境DVRE,它为应用程序的有效运行提供支撑。DVRE在虚拟化技术的基础上以Client/Server的结构取代传统操作系统整体式的结构,以核之间通信的开销来取代操作系统中系统调用和上下文切换的开销,这种方法利用了多核平台高度的并行性,显示了良好的性能与可扩展性,同时DVRE底层的虚拟化机制提高了系统的可靠性与安全性。     

桌面虚拟化方案选型与实践研究

虚拟化技术是现代计算机应用中的重要技术之一,其改变了传统计算机应用的方式,以互联网作为中间媒介 构建服务器与客户端交互的数据及软件应用模式。近些年,虚拟化技术得到了迅猛的发展,虚拟化产品类型不断更新,桌面虚 拟化方案也形成了以VMware和Citrix 两大主体的云桌面解决方案。为此本文对两种方案进行分析,比较二者之间的差别,从 资源利用和架构特点的角度探索桌面虚拟化方案选型计算方法,提出符合实际应用需求的解决方案,并在具体实践中探讨方 案的可行性。结果表明,本文提出的桌面虚拟化方案选型方案能够很好地实现跨网办公,提升系统的应用效率,保证数据的安 全性。     

Evaluation for distance learning scheme on distributed multiple server system

A distributed multiple server system is designed and implemented with Web-DB based services for distance learning as well as emergency communication. The system has employed multiple servers located in a distributed campus network environment. Each server of the system has multi-core processors. With so-called “server virtualization” technology, some programs are executed in parallel (on the virtual servers) so that such a system can efficiently perform several functions. For example, two or more application services can be performed simultaneously as “cloud services” on the whole system. The system can provide distance learning scheme for educational tool, at the same time it can also support Web-based surveillance facilities for emergency contact. With qualitative and quantitative approach, trial evaluation of system has been performed in some classrooms of distributed campus. And users can obtain some good results from the above evaluation.