系统软件并行与安全的关键技术研究
发布时间：2022-12-04 12:21
目前,计算机系统已经进入了并行计算的时代。大量的并行计算体系架构的出现为计算机的发展带来了重大的机遇和挑战。多核处理器作为并行计算的体系架构中最重要的架构之一,也是目前使用最为广泛的并行体系架构。在并行体系架构的环境下,如何有效地提高系统软件的并行性能和资源的利用率为系统软件开发者和研究者带来巨大的挑战。另一方面,计算机系统软件的安全问题也日益严峻。随着大型软件复杂度不断提高,越来越多的软件缺陷也随着产生。如何保障系统软件,特别是作为系统软件栈最底层的基础软件和可信基的操作系统软件的安全性具有重要的研究意义。本文的研究工作集中在两个方面的问题,一方面是并行环境下系统软件的资源利用率和伸缩性问题,另一方面是系统软件的安全性问题。首先,本文针对多核平台的核利用率不足的问题进行了研究。核利用率不足的问题在服务提供商的集群的节点上尤为突出,由于有对延迟敏感的服务存在,服务提供商通常会采取为这类服务预留充分的核资源,以及禁用同步多线程技术这类较为保守的资源分配策略,从而确保延迟敏感服务的服务质量。然而,这样的策略会导致系统中核资源利用率较低。本文在Linux系统上提出了一个用户态资源管理中间层软...
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 选题背景与意义
1.2 本文工作
1.3 组织结构
2 相关工作
2.1 多核平台的核利用率的相关研究
2.1.1 工作负载的共栖技术
2.1.2 用户态线程管理
2.2 多核环境下进程地址空间的伸缩性的相关研究
2.2.1 伸缩性良好的锁
2.2.2 并发索引数据结构及安全内存回收
2.3 文件系统的地址空间隔离的相关研究
2.3.1 内存错误漏洞研究
2.3.2 文件系统安全技术
2.4 本章小结
3 利用共栖感知的运行时系统提升多核平台核利用率
3.1 背景介绍
3.2 问题分析
3.2.1 同步多线程的因素
3.2.2 共享高速缓存的因素
3.2.3 内核线程管理的因素
3.3 Hermes的方案设计与实现
3.3.1 Hermes整体架构
3.3.2 核代理者进程
3.3.3 延迟敏感服务的运行时系统
3.3.4 非延迟敏感服务的运行时系统
3.3.5 方案讨论
3.4 实验评估
3.4.1 实验环境与方法
3.4.1.1 Memcached修改方案
3.4.1.2 微基准测试程序
3.4.2 实验结果
3.5 本章小结
4 多核环境下进程地址空间的伸缩性能研究
4.1 背景介绍
4.2 可伸缩的进程地址空间ScaleVM
4.2.1 ScaleVM整体架构
4.2.2 无锁跳跃表与安全内存回收
4.2.3 ScaleVM的系统层次
4.3 ScaleVM系统评估
4.3.1 实验环境与方法
4.3.2 实验结果与分析
4.3.2.1 微基准测试集实验测试结果
4.3.2.2 应用程序实验测试结果
4.3.2.3 系统设计思想实验评估
4.4 本章小结
5 文件系统的地址空间隔离技术研究
5.1 问题背景
5.2 文件系统隔离的方案设计与实现
5.2.1 研究目标与意义
5.2.2 文件系统隔离的核心挑战
5.2.3 XV6内核简介
5.2.4 代码与静态数据的隔离
5.2.4.1 文件系统的函数调用的处理
5.2.4.2 文件系统相关的中断处理
5.2.4.3 文件系统的静态数据
5.2.4.4 构建内核镜像
5.2.5 动态数据的隔离
5.2.6 构建文件系统页表
5.2.7 系统调用改造
5.2.7.1 消息通信机制
5.2.7.2 调度策略
5.2.8 启动流程改造
5.3 实验验证
5.3.1 功能性验证
5.3.1.1 文件系统的功能验证
5.3.1.2 代码和静态数据隔离的验证
5.3.1.3 动态数据隔离的验证
5.3.1.4 内核数据保护的验证
5.3.2 安全性验证
5.4 本章小结
6 总结与展望
参考文献
致谢
简历与科研成果
本文编号：3708262
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 选题背景与意义
1.2 本文工作
1.3 组织结构
2 相关工作
2.1 多核平台的核利用率的相关研究
2.1.1 工作负载的共栖技术
2.1.2 用户态线程管理
2.2 多核环境下进程地址空间的伸缩性的相关研究
2.2.1 伸缩性良好的锁
2.2.2 并发索引数据结构及安全内存回收
2.3 文件系统的地址空间隔离的相关研究
2.3.1 内存错误漏洞研究
2.3.2 文件系统安全技术
2.4 本章小结
3 利用共栖感知的运行时系统提升多核平台核利用率
3.1 背景介绍
3.2 问题分析
3.2.1 同步多线程的因素
3.2.2 共享高速缓存的因素
3.2.3 内核线程管理的因素
3.3 Hermes的方案设计与实现
3.3.1 Hermes整体架构
3.3.2 核代理者进程
3.3.3 延迟敏感服务的运行时系统
3.3.4 非延迟敏感服务的运行时系统
3.3.5 方案讨论
3.4 实验评估
3.4.1 实验环境与方法
3.4.1.1 Memcached修改方案
3.4.1.2 微基准测试程序
3.4.2 实验结果
3.5 本章小结
4 多核环境下进程地址空间的伸缩性能研究
4.1 背景介绍
4.2 可伸缩的进程地址空间ScaleVM
4.2.1 ScaleVM整体架构
4.2.2 无锁跳跃表与安全内存回收
4.2.3 ScaleVM的系统层次
4.3 ScaleVM系统评估
4.3.1 实验环境与方法
4.3.2 实验结果与分析
4.3.2.1 微基准测试集实验测试结果
4.3.2.2 应用程序实验测试结果
4.3.2.3 系统设计思想实验评估
4.4 本章小结
5 文件系统的地址空间隔离技术研究
5.1 问题背景
5.2 文件系统隔离的方案设计与实现
5.2.1 研究目标与意义
5.2.2 文件系统隔离的核心挑战
5.2.3 XV6内核简介
5.2.4 代码与静态数据的隔离
5.2.4.1 文件系统的函数调用的处理
5.2.4.2 文件系统相关的中断处理
5.2.4.3 文件系统的静态数据
5.2.4.4 构建内核镜像
5.2.5 动态数据的隔离
5.2.6 构建文件系统页表
5.2.7 系统调用改造
5.2.7.1 消息通信机制
5.2.7.2 调度策略
5.2.8 启动流程改造
5.3 实验验证
5.3.1 功能性验证
5.3.1.1 文件系统的功能验证
5.3.1.2 代码和静态数据隔离的验证
5.3.1.3 动态数据隔离的验证
5.3.1.4 内核数据保护的验证
5.3.2 安全性验证
5.4 本章小结
6 总结与展望
参考文献
致谢
简历与科研成果
本文编号：3708262
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