Cortex-A15 하드웨어 가상화 실시간성 지원 분석

국문 초록 (Abstract)

최근 모바일, 스마트TV, 스마트카 등의 임베디드시스템에서도 가상화 기술의 필요성이 증가 하고 있다. 가상화 기술을 이런 임베디드시스템에 적용하기 위해서는 가장 먼저 게스트 운영체제가 실시간성을 만족 하여야만 한다. 대표적인 임베디드시스템인 모바일 기기의 경우 Communication Processor(CP)는 1ms 이하의 deadline을 가지며, 자동차 클러스터의 경우 micro second 단위의 응답성을 보여야 한다는 실시간성 요구 사항을 가진다. 따라서 이 논문에서는 임베디드 시스템에 가장 많이 사용되고, 가상화를 하드웨어적 지원하는 ARM Cortex-A15 프로세서에서의 가상화, 즉 Xen-ARM(HVM)에서의 실시간성 지원을 분석 하였다.
구현된 Xen-ARM(HVM)과 RTOS를 기반으로 실시간성에 영향을 미칠 수 있는 요소들을에 대해서 실험을 진행 하였다. CPU affinity변경, 인터럽트의 영향, 스케줄러에 따른 영향, I/O및 CPU workload에 의한 영향, 마지막으로 스케줄러 파라미터 변경에 따른 실시간성 지원여부 등의 실험을 하였으며 CPU affinity, SEDF스케줄러, SEDF스케줄러 파라미터 변경 등으로 통해 RT-task들의 deadline miss rate를 줄일 수 있는 효과를 거뒀다. 하지만 RTOS의 동작과 함께 GPOS에서 workload를 동작 시킬 경우 최대 31.52%의 deadline miss rate를 보이기도 했다. 또한 SEDF 파라미터 변경에 따라 RTOS의 deadline miss rate를 줄일 수는 있지만 worst case latency가 최대 480,000 timer count, 약 20ms까지 증가하는 것을 확인 할 수 있었다.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• 1. 서론 1
• 1.1 연구배경 1
• 1.2 논문의 구성 3
• 2. 배경지식 4
• 2.1 HYP 모드 4
• 2.2 Generic Interrupt Controller v2 6
• 2.3 Virtual Timer 8
• 3. 관련연구 10
• 3.1 Xen on ARM 10
• 3.2 PARFAIT 11
• 3.3 SH-Quantization 12
• 4. Xen-ARM(HVM) 13
• 4.1 RTOS 포팅 및 Device Tree Blob 13
• 4.2 Para-Virtualization과의 차이점 15
• 5. Xen-ARM(HVM) 실시간성 지원 분석 17
• 5.1 실험 환경 17
• 5.2 실험 요약 18
• 5.3 CPU 코어 affinity 변경에 따른 실시간성 분석 19
• 5.4 인터럽트 발생이 RTOS에 미치는 영향 분석 23
• 5.5 도메인 스케줄러 변경에 따른 실시간성 분석 25
• 5.6 게스트 운영체제의 workload가 RTOS에 미치는 영향 분석 28
• 5.7 SEDF 스케줄러 파라미터에 따른 RTOS 영향 분석 32
• 6. 결론 35
• 참고 문헌 37