面向多核异构平台的协同设计虚拟机关键技术研究

Computer virtualization technology, which decouples the hardware and the software that runs on it, implements the construction of the virtual image of the computing system on demand. Virtualization presents new computing mechanism and computing pattern. As multi-core and heterogeneousness is the trend of the computing systems, we will study on the Co-designed Virtual Machine (Co-VM) based on heterogeneous multi-core architecture. By combining dynamic binary translation which implements the compatibility of heterogeneous architecture with the VMM which supports multiple virtual machines environment, we will implement the virtualization of the heterogeneous multi-core computing system. We will improve the performance of the virtualized system through hardware and software co-design technique. The main issues we focus on include: analysis of the working mechanism of the virtualized computing system and the Co-VM, support theory of the Co-VM, the architecture of the Co-VM which supports multiple virtual machine environment, efficient dynamic binary translation technique, hardware and software co-design which can greatly improves the efficiency of the Co-VM, parallelization of application's target codes on multi-core platform, the architecture of the heterogeneous multi-core prosessor which supports virtualization. The contribution of the work is to provide an effective solution to the implementation of the transparent and efficient virtualized computing system based on heterogeneous multi-core platform. This work has important theory significance and practical value.

计算系统虚拟化技术隔离软硬件支撑环境之间的紧耦合性，实现按需构建计算系统虚拟映像，展示了新的计算机理与计算模式。课题结合当前计算系统多核化、异构化的发展趋势，深入研究面向多核异构平台的协同设计虚拟机关键技术，通过将实现异构平台兼容性的动态二进制翻译与支持多虚拟机环境的VMM有效融合，实现多核异构平台下的计算系统虚拟化，并通过软硬件协同设计的方式提高虚拟化系统的性能。课题研究内容包括：虚拟化计算系统以及协同设计虚拟机运行机制分析、协同设计虚拟机支撑理论、支持多虚拟机环境的协同设计虚拟机体系结构、高效动态二进制翻译技术、提高虚拟机执行效率的软硬件协同设计方法、应用程序目标代码在多核平台上的并行化方法以及支持虚拟化的异构多核处理器体系结构等，本课题的研究成果能够为实现基于多核异构平台的高效透明虚拟化系统提供一种有效的解决途径，具有重要的理论意义和实用价值。

计算系统虚拟化技术隔离软硬件支撑环境之间的紧耦合性，实现按需构建计算系统虚拟映像，展示了新的计算机理与计算模式。本课题顺应计算系统虚拟化的发展趋势，在深入全面分析国内外相关研究工作的基础上，基于多核异构平台，研究解决虚拟化计算系统软硬件结构优化设计的关键问题，课题研究内容包括：1）虚拟化计算系统和协同设计虚拟机的运行机制研究，提出了一种支持多虚拟机环境的高效协同设计虚拟机体系结构，并实现原型系统；2）协同设计虚拟机支撑理论研究，给出了协同设计虚拟机的一种形式化描述与证明；3）高效动态二进制翻译技术研究，提出了一种基于贪婪子图匹配技术的高效目标代码生成技术；4）多核平台下目标代码并行化优化方法研究，提出了一种软件猜测并行模型，基于该模型提出了提升猜测准确率的启发式值预测技术、提升猜测准确率的跨线程取技术、优化全局开销的动态任务粒度调整技术、降低控制开销的乱序确认技术；5）多核异构平台下协同设计虚拟机软/硬件体系结构优化设计方法研究，提出了降低协同设计虚拟机启动及稳定执行开销的软硬件协同设计技术，提出了一种提高多核平台执行效率的多核体系结构Cache 动态分配方法以及一种面向多核并行优化的片上网络结构。本课题研究成果为实现面向多核异构平台的高效透明协同设计虚拟机系统提供理论方法和实现技术的支持，项目研究期间，在国内外期刊和国际会议上共发表论文23篇，其中SCI收录（源）3篇，EI 收录（源）20篇，授权专利6项；协助培养博士毕业4名、协助培养硕士毕业3名；参与组织国际学术会议1次，累计参加国际会议5人次，国内会议12人次。