摘要：

飞腾1000CPU是由国防科学技术大学计算机学院自主研制的高性能64位通用处理器,具有硬件级虚拟化能力,该CPU目前已实现基于Hypervisor的虚拟化技术,最多可支持64个分区,每个分区可以运行自己独立的操作系统,拥有自己独立的计算,存储资源.但是Hypervisor这种强独立性虚拟化技术牺牲了系统的执行效率,而国产飞腾CPU本身的性能与国外主流CPU相比相差一个数量级.因此,迫切需要研究飞腾平台上轻量级的虚拟化技术,本课题在飞腾平台上重点研究一种轻量级的虚拟化解决方案-----基于容器的虚拟化技术,并在麒麟操作系统上设计实现了FTContainer框架. 本课题首先深入分析了当前主流的容器虚拟化软件的优缺点,提出了基于飞腾CPU的容器虚拟化架构FT-Container框架,并在麒麟操作系统上进行了实现.该框架由应用隔离模块,资源管理模块以及动态迁移模块三个部分组成.应用隔离模块在麒麟操作系统内核上为各种应用创建多个虚拟的执行环境,并为运行于其中的应用程序提供隔离的环境.资源管理模块通过内核的Cgroups机制对容器的资源进行分配,这些资源包括CPU,内存,设备IO等.动态迁移模块实现了容器镜像在飞腾服务器之间实时迁移,该镜像包含了容器的执行状态,打开的文件,缓冲区信息,虚拟CPU状态信息等. 然后,针对FTContainer框架中的应用隔离技术问题,提出了一种基于完整上下文的强隔离方法,通过在容器中封装PID,文件系统,IPC,UTS,用户以及网络命名空间实现应用程序的隔离,不同容器中的命名空间不存在指针引用其他空间的对象,该方法为容器提供了完整的运行上下文和增强的隔离性;针对FTContainer框架中的资源管理技术问题,提出了基于进程组的两级资源管理方法,结合Cgroup机制与Beancounter技术实现了进程组的资源控制和容器使用资源的统计,实现了/proc文件系统的虚拟化,为容器的资源控制提供了便利;提出了两级公平CPU调度,两级公平磁盘配额算法,通过容器的CPU份额,磁盘份额实现了CPU调度和磁盘配额的公平性,为系统资源的调度提供了很好的灵活性;针对FTContainer框架中的动态迁移技术问题,提出了基于进程检查点的动态迁移方法,通过在容器中引入进程检查点保存运行的上下文信息,通过预拷贝策略以及rsync同步机制实现了零宕机的容器平滑迁移. 最后,本文使用Lmbench,Unixbench以及IOZone对支持FTContainer的麒麟操作系统和裸麒麟操作系统进行了性能评测.测试表明支持FTContainer的麒麟操作系统的性能大致上与裸麒麟操作系统相当,比基于Hypervisor的麒麟操作系统性能提高了61%.

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