Математическое моделирование процессов управления потреблением памяти в многопользовательских средах и системах виртуализации

• Автор: Емельянов, Павел Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 101 с. : ил.

Введение

1 Обзор существующих моделей управления памятью

1.1 Терминология .

1.1.1 Термины теории операционных систем

1.1.2 Термины теории управления памятью.

1.1.3 Термины теории многопроцессорных систем.

1.2 Эволюция моделей управления памятью.

1.2.1 Системы без поддержки многозадачности

1.2.2 Однопользовательские системы с поддержкой многозадачности

1.2.3 Многопользовательские операционные системы.

1.2.4 Системы виртуализации

1.3 Менеджер памяти в современной операционной системе
1.4 Портрет идеального менеджера
1.4.1 Первое требование Ограничение в использовании
1.4.2 Второе требование Гарантии выделения.
1.4.3 Третье требование Разделение между группами
1.4.4 Четвертое требование Многократное использование .
1.5 Существующие менеджеры
1.5.1 Стандартный менеджер памяти в Ьпих
1.5.2 Менеджер памяти в УМуаге
1.5.3 Управление памятью в Хеп.
1.5.4 Управление памятью в i и i . ЗО
1.5.5 Проект контроля за ресурсами .
1.5.6 Проект счетоводы по контролю памяти.
1.6 Виртуальная выгрузка страниц на диск
1.7 Заключение.
2 Оптимизация алгоритма подсчета используемых физических страниц
2.1 Задача ограничения.
2.2 Модель управления памятью в ix
2.2.1 Первый этап создание региона отображения.
2.2.2 Второй этап выделение физических страниц.
2.2.3 Выталкивание страниц на диск.
2.3 Существующие наработки
1 2.3.1 Проект
2.3.2 Система контроля ресурсов .
2.4 Обзор предлагаемого метода решения.
2.5 Математическая модель
2.5.1 Выбор быстрого региона.
2.5.2 Примеры вычисления активности региона
2.6 Алгоритм работы
2.6.1 О корректности работы алгортима
2.6.2 Применимость алгоритма к ресурсам другого типа
2.7 Результаты тестирования
2.7.1 Детали проведения тестирования стандартных конфигураций .
2.8 Заключение.
3 Математическая модель обеспечения гарантий выделения ресурсов операционной системы
3.1 Введение
3.2 Определение гарантии и способы ее обеспечения .
3.3 Математическая модель
3.4 Анализ результата
3.4.1 Корректность полученных гарантий
3.4.2 Вычисление гарантий из выставленных ограничений .
3.4.3 Случай нарушения пределов
3.5 Учет присутствия ядра ОС.
3.5.1 Память ядра
3.6 Применимость модели к ресурсам другого типа
3.7 Заключение.
4 Модель группового вытеснения страниц на внешний носитель
4.1 Введение
4.2 Существующая модель сканера
4.3 Расширенная модель сканера.
4.4 Кэширование выгружаемых страниц
4.5 Результаты экспериментов.
4.6 Поведение при нехватке памяти
4.7 Заключение.
Заключение
Списки
Примечания
Введение


Современные операционные системы предоставляют пользователю и программам довольно большой набор ресурсов, например открытые файлы и сетевые соединения, объекты ядра операционной системы и сегменты памяти программ, буфера сетевого стека для отправки и получения данных и многие другие, однако в первом приближении ресурсов всего два это процессорное время и оперативная память. Рост процессорных мощностей и объемов памяти за последнее десятилетие существенно опередил рост потребностей программного обеспечения программы уже далеко не всегда использует эти мощности на 0 4, 5. Такая ситуация привела к появлению и развитию различных технологий виртуализации вычислительных систем. Виртуализация позволяет запускать на одном физическом сервере несколько виртуальных машин ВМ или виртуальных серверов ВС1, и, таким образом, позволяет, например, программное обеспечение с нескольких машин выполнять на одном физическом компьютере более экономно используя имеющиеся мощности. В англоязычных источниках прижилось понятие кнтйн для описания виртуального сервера. По отчетам аналитических агентств рынок систем виртуализации только за г. Технология виртуализации также признана одной из самой многообещающих технологий года . Уже больше года компания I поставляет все свои настольные процессоры со встроенной технологией для аппаратной поддержки виртуализации под названием V, которая существенно повысила производительность существующих программных реализаций этой технологии. В то же самое. V , , V и т. Если раньше основными пользователями этой технологии бьгли компании с большим парком техники, то сейчас она доступна на каждом персональном компьютере. Уже сейчас современные свободные дистрибутивы ix такие как , и др. Хеп или V. Задача справедливого управления ресурсами и родственная ей задача обеспечения гарантированных параметров качества обслуживания на уровне операционной системы стали весьма актуальны для современных вычислительных систем коллективного пользования вебхостингов, центров хранения и обработки данных и др. Известные на сегодня стратегии решения этих задач обладают различными недостатками и часто вообще неудовлетворительны, поэтому в этой области ведутся интенсивные исследования. Также следует заметить, что вопрос разделения и гарантированного выделения ресурсов возникает не только в системах виртуализации, но и в самих многопользовательских операционных системах ОС. Например ни в i, ни в ix, которые позволяют огромному количеству пользователей одновременно работать и выполнять свои приложения, до сих пор нет удовлетворительных средств для управления ресурсами памятью, процессором, диском и др. Для отдельных ресурсов существуют средства контроля за отдельными процессами или питами, для некоторых на уровне отдельных пользователей, но в общем случае нет никаких средств контролировать произвольную группу процессов, которой, в конечном счете, является виртуальная машина. Память один из основных ресурсов операционной системы. Неумелое управление ей может привести к неработоспособности не только отдельных приложений. Работа всей системы в целом может быть нарушена или остановлена, что уже является вопросом безобасности вычислительной системы, которые являются одними из центральных в последнее время. Отметим также, что сказанпое относится не только к системам виртуализации, но и к упомянутым выше многопользовательским системам. На сегодняшний день накоплено огромное количество работ и данных в этой области, но до сих пор отсутствует единая теоретическая модель, способная связать все необходимые модели и учесть их особенности совместной работы в единой системе. Математическое моделирование в этой ситуации видится мощным инструментом для развития такой единой теоретической модели. Математическому моделированию процессов работы с памятью посвящено большое количество работ за рубежом , , , , . В последнее время тема активно развивается и в нашей стране , , . Для достижения поставленных целей формулируются основные требования и исследуется соответствие им существующих моделей и подходов.