RTOS and GPOS coexistence on a multi-core platform: Evaluation of virtualization for mixed-criticality systems
2021 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
Samexistens av realtids- och eventbaserade operativsystem på en flerkärnig plattform : Utvärdering av virtualisering för blandkritiska system (Swedish)
Abstract [en]
The rapid evolution and the consequently increased complexity of novel systems have posed challenges in meeting their requirements. The introduction of multi-core platforms helped to maintain the improvement of system performance once the processor speed could no longer be increased. However, these new functionalities introduced a problem on satisfying each of their specific requirements, ensuring no interference that could lead to a system failure, and resource availability according to their demands. Virtualization has emerged as the solution to allow several tasks to be executed according to their criticality. This technology provides resource sharing management, in addition to isolated containers known as Virtual Machines where each Operating System responsible for the execution of these tasks is implemented. Several virtualization technologies have been developed in the context of embedded systems, especially for mixed-criticality systems, such as automotive, avionics, defense, and control systems. The wide range of solutions presents a challenge when looking for the most suitable configuration for each application requirements while minimizing the engineering cost and utilization. This study proposed the evaluation of these technologies through the analytical hierarchy process, to present a balanced solution in terms of performance and isolation while ensuring hard real-time capabilities and generality for its wider compatibility. The Xen Virtuosity distribution was scored as the most suitable approach for the selected qualitative requirements after the theoretical comparison. This solution presents computational and error-resilient isolation with a near-native behavior for general-purpose and real-time applications where the maximum observed overhead was 6.12% when no memory accesses nor interrupt dependent processes were executed, being 14.94% and 174.90% respectively for these scenarios. The performance penalty for those situations could be mitigated through the use of static memory assignment and direct interrupt management of both virtual and physical interrupts by the Generic Interrupt Controller.
Abstract [sv]
Den snabba utvecklingen och den därmed ökade komplexiteten hos nya system har inneburit utmaningar när det gäller att uppfylla deras krav. Introduceringen av flerkärniga plattformar bidrog till att upprätthålla förbättringar av systemets prestanda när processorhastigheten inte längre kunde ökas. Dessa nya funktioner introducerade emellertid problem med att tillfredsställa specifika krav, om att säkerställa att ingen störning kan leda till ett systemfel och att systemresurser finns tillgängligt enligt dess krav. Virtualisering har framkommit som lösningen för att tillåta att flera uppgifter att exekveras i enlighet med dess prioritet och resursdelningshantering, tillhandahåller isolerade containrar eller så kallade virtuella maskiner där varje enskilt operativsystem ansvarar för exekvering av dessa uppgifter. Flera virtualiseringsteknologier har utvecklats i samband med inbyggda system, speciellt för blandkritiska system, såsom fordons-, avionik- försvars- och styrsystem. Det breda utbudet av lösningar försvårar processen att hitta den mest lämpliga konfigurationen för varje applikationskrav samtidigt som ingenjörskostnaden och användningen minimeras. Denna studie föreslog utvärderingen av dessa tekniker genom en analytisk hierarkiprocess för att presentera en balanserad lösning när det gäller prestanda och isolering samtidigt som man säkerställer hårda realtidsfunktioner och hur pass kompatibel lösningen är i en bredare kontext. Xen Virtuosity bedömdes som det mest lämpliga tillvägagångssättet för de valda kvalitativa kraven efter den teoretiska jämförelsen. Denna lösning presenterar beräknings- och felbeständig isolering system som inte är virtualiserat för allmänna ändamål och realtidsapplikationer där den maximala observerade prestandaförlusten var 6,12% när ingen minnesåtkomst eller avbrottsberoende processer utfördes, varvid 14,94% och 174,90% för dessa scenarier. Prestandaförlusten för dessa situationer kan minimeras genom användning av statisk minnestilldelning och direkt avbrottshantering av både virtuella och fysiska avbrott av den generiska avbrottsstyrenheten.
Place, publisher, year, edition, pages
2021. , p. 125
Series
TRITA-EECS-EX ; 2021:428
Keywords [en]
Virtualization, Real-Time, General Purpose, Operating System, Multi-Core
Keywords [sv]
Virtualisering, Realtid, Eventbaserade, Operativsystem, Flerkärnig
National Category
Computer and Information Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-302136OAI: oai:DiVA.org:kth-302136DiVA, id: diva2:1595219
External cooperation
Saab AB
Supervisors
Examiners
2021-09-202021-09-172022-06-25Bibliographically approved