• 한국컴퓨터정보학회논문지
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• 제22권5호
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• pp.11-19
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• 2017

In this paper, we propose a hypervisor for embedded systems based on ARM microprocessor. The proposed hypervisor makes it possible to run several real-time kernels concurrently on a single embedded system by virtualizing its microprocessor. With assistance of MMU, it supports virtual memory which enables each guest operating system has its own address space. Exploiting the fact that most embedded systems use memory-mapped I/O device, it provides a mechanism to distribute an external interrupt to virtual machines properly. It also achieves load balancing through live migration which moves a running virtual machine to other embedded system. Unlike other para-virtualization techniques, minor modifications are needed to run it on the hypervisor. Extensive performance measurement studies are conducted to show that the proposed hypervisor has enough potentiality of its real-world application.

• 대한임베디드공학회논문지
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• 제6권4호
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• pp.231-241
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• 2011

Recently, system virtualization has been applied to consumer electronics (CE) such as smart mobile phones. Although multi-core processors have become a viable solution for complex applications of consumer electronics, the issue of utilizing multi-core resources in the virtualization layer has not been researched sufficiently. In this paper, we present a new hypervisor design and implementation for multi-core CE devices. We concretely describe virtualization methods for a multi-core processor and multi-core-related subsystems. We also analyze bottlenecks of network performance in a virtualization environment that supports multimedia applications and propose an efficient virtual interrupt distributor. Our new multi-core hypervisor improves network performance by 5.5 times as compared to a hypervisor without the virtual interrupt distributor.

• 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지
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• 제23권4호
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• pp.199-209
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• 2017

최근 실시간 임베디드 시스템 분야에서 가상화를 이용한 시스템 통합에 대한 관심이 꾸준히 증가하고 있다. 가상화 기술은 하이퍼바이저의 개입으로 인한 오버헤드를 수반하며 이는 가상 머신 상에서 구동되는 프로그램의 수행시간을 증가시킨다. 수행시간이 증가함에 따라 가상 머신 상에 있는 소프트웨어의 성능이 하락하며, 실시간성을 유지하기 어려워진다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 가상머신 상의 프로그램이 하이퍼바이저의 개입 없이 직접 물리적인 자원에 접근할 수 있도록 하이퍼바이저를 설계하고 구현하였으며 이를 K-Hypervisor라 부른다. 실험 결과에 따르면 K-Hypervisor 상에서 구동되는 프로그램들의 수행시간은 네이티브 환경에서 측정된 결과와 비교하여 평균적으로 약 3% 정도 증가한다. 또한 성능 저하가 태스크가 접근하는 자원의 종류나 빈도와 관계없이 항상 일정하여 소프트웨어의 실시간성을 유지하기에 적합하다.

• 한국컴퓨터정보학회논문지
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• 제12권5호
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• pp.103-112
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• 2007

본 논문은 uC/OS-II 실시간 커널이 관리하는 주 자원인 마이크로프로세서와 메모리를 가상화하여 하나의 마이크로프로세서 상에서 다수의 uC/OS-II 실시간 커널을 수행시키는 하이퍼바이저를 구현하였다. 마이크로프로세서는 uC/OS-II 실시간 커널이 처리하는 인터럽트들을 제어하는 알고리즘을 적용하여 가상화하고 메모리는 물리적 메모리를 파티션하는 방식을 사용하여 가상화한다. 개발된 하이퍼바이저 프로그램은 타이머 인터럽트와 소프트웨어 인터럽트를 가상화하는 인터럽트 제어 루틴들, 하이퍼바이저와 각 커널을 정상 수행 상태까지 유도하는 코드, 그리고 가상화된 두 커널 사이에 데이터 전달을 제공하는 API로 구성되어 있다. 기존의 uC/OS-II 실시간 커널은 개발한 하이퍼바이저 상에서 수행되기 위하여 소스 코드 레벨에서 수정이 필요하다. 구현된 하이퍼바이저는 Jupiter 32비트 EISC 마이크로프로세서 상에서 실시간 동작 시험 및 독립 수행 환경 시험을 거친 결과 가상화 커널이 정상적으로 수행되는 것을 확인하였다. 본 연구 결과는 다수의 내장형 마이크로프로세서가 요구되는 응용 분야에 활용될 경우 하드웨어 가격 절감효과를 얻을 수 있으며 내장형 시스템의 부피, 무게 및 전력 소비량을 줄이는 효과가 있음을 확인하였다.

• 대한임베디드공학회논문지
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• 제7권4호
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• pp.193-199
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• 2012

Virtualization allows multiple commodity operating systems to share on a single physical machine. Resource allocation among virtual machines is a key to determine virtual machine performance. To satisfy time-sensitive task on a domain, hypervisor needs to observe the resource requirements and allocates proper amount of CPU resources in a timely manner. In this paper, we propose a realtime credit scheduler for latency sensitive application on virtual machines. The key idea is to register a time event in the Xen hypervisor. Experiment result shows that the proposed scheme is superior to Credit scheduler.

• 대한임베디드공학회논문지
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• 제10권4호
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• pp.233-239
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• 2015

This paper describes a method that is integrated trace for real-time virtualization environment. This method has solved the problem that the performance trace may not be able to analyze integrated method between heterogeneous operating systems which is consists of real-time operating systems and general-purpose operating system. In order to solve this problem, we have attempted to reuse the performance analysis function in general-purpose operating system, thereby real-time operating systems can be analyzed along with general-operating system. Furthermore, we have implemented a prototype based on ARM Cortex-A15 dual-core processor. By using this integrated trace method, real-time system developers can be improved productivity and reliability of results on real-time virtualization environment.

• 대한임베디드공학회논문지
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• 제15권4호
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• pp.177-187
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• 2020

Virtualization with hypervisors is one of emerging topics in multicore processors for space. Hypervisors are software layers to make several independent virtualized environments on one processor. Since all hardware resources are virtualized and distributed only by hypervisors, overall performance of processors can be improved by fully utilizing the resources. However at the same time, there are overheads for virtualizing and distributing hardware resources. Satellites are one of hard real time systems, and performance degradation with overheads should be analyzed thoroughly. Previous research on the overheads focused on single core systems. Even the overheads were analyzed in multicore systems, SMP environment was not fully included. This paper builds SMP environment with XtratuM, one of hypervisors for space missions, and analyzes performance degradation with overheads. Two boards of GR712RC with 2 LEON3FT CPUs and GR740 with 4 LEON4 CPUs are used in experiments. On each board, SMP benchmark functions are executed on SMP environment with XtratuM and on that without XtratuM respectively. Results are analyzed to find timing characteristics including overheads. Finally, applicability of the XtratuM to flight software in SMP is also reviewed.

• 한국정보과학회:학술대회논문집
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• 한국정보과학회 2011년도 한국컴퓨터종합학술대회논문집 Vol.38 No.1(B)
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• pp.381-384
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• 2011

오늘날의 높은 효율성을 가진 현대적인 가상화 솔루션의 가용성으로 인해, 서버와 클라우딩 컴퓨팅 분야와 같은 다양한 분야에서 주목받고 있다. Xen은 다양한 가상화 시스템 중 폭 넓게 사용되는 기술이기는 하나 스케줄링에 있어 약간의 약점이 노출되고 있다. 이는 Xen 하이퍼바이져 스케줄러가 유저 레벨의 쓰레드와 물리적 CPU 사이의 스케줄러들 가운데 가장 아래에 존재하기 때문에, 유저 레벌의 워크로드에 대한 정보를 얻는데 제약사항이 있기 때문이다. 이러한 특성은 시스템의 전체적인 처리량을 떨어뜨리고 리소스의 활용률을 저하시킬 수 있다. 본 연구는 게스트 운영체제에서 동작하는 동적인 워크로드에 대한 정보를 활용하는 유저 레벨의 스케줄링을 제안하고자 한다. 이를 위해 새로운 하이퍼콜과 모니터링 데몬을 가지는 유저레벨 스케줄링을 구현한다. 유저레벨 스케줄링이 동작하는 Xen 하이퍼바이져 기반에 Linux를 게스트 운영체제로 환경을 구축하여 다양한 유저레벨 워크로드를 동작시켜 시스템의 처리량 증가와 CPU 리소스의 활용률을 높일 수 있음을 보인다.

• 한국정보과학회논문지:시스템및이론
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• 제37권1호
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• pp.35-42
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• 2010

가상화 환경에서는 여러 개의 게스트 운영체제가 자원을 공유하고 있는데 특히 CPU는 시간 분할 방식에 의해 분배 된다. 따라서 각 가상 머신은 모든 물리 시간을 점유하지 못하고, 이는 CPU를 점유하지 못한 시간에 동작해야 하는 태스크 실행이 보장되지 못하는 결과를 야기시킨다. 이와 같은 응답성의 저하는 기존의 서버 가상화에서 치명적인 문제가 되지 않으나 임베디드 시스템에서 동작하는 실시간 태스크 측면에서는 중요하게 다루어 져야 하는 요구사항이 된다. 본 논문에서 우리는 실시간성과 관련된 타이머를 가상 머신 모니터에 등록할 수 있는 하이퍼콜을 제안한다. 이 하이퍼콜을 통하여 등록된 타이머는 만료된 시점에 해당 가상 머신이 실행되게 한다. 따라서 실시간성을 요하는 태스크들이 의도된 시간에 실행 가능하게 하며 다른 가상 머신의 기아 현상을 완화시켜 준다. 이어지는 실험에서는 Xen-Arm에 이를 구현하여 게스트 운영체제인 리눅스에서의 실시간성을 평가한다. 특히 테스트 응용과 Mplayer의 응답성 및 초당 프레임 수를 측정하여 한 개의 게스트 운영체제만이 동작하는 환경에서와 비슷한 실시간성이 지원될 수 있음을 보인다.