Virtualização e migração de processos em um sistema operacional distribuído para lightweight manycores

Abstract

A classe de processadores lightweight manycore surgiu para prover um alto grau de paralelismo e eficiência energética. Contudo, o desenvolvimento de aplicações para esses processadores enfrenta diversos problemas de programabilidade provenientes de suas peculiaridades arquitetônicas. Especialmente, o gerenciamento de processos precisa mitigar problemas provenientes das pequenas memórias locais e da falta de um suporte robusto para virtualização. Nesse contexto, este trabalho visa desenvolver a funcionalidade de migração de processos em um Sistema Operacional (SO) distribuído para lightweight manycores através de uma abordagem de virtualização leve baseada em contêineres. Particularmente, este trabalho está incluído no projeto Nanvix, um SO distribuído baseado em uma abordagem multikernel de código aberto projetado para lightweight manycores. Os resultados experimentais mostram que a virtualização impactou positivamente o desempenho do SO. Houve aumento de desempenho no subsistema de threads e redução de desvios, faltas na cache de dados e faltas na cache de instruções. Os processos puderam ser transferidos entre clusters do processador em um downtime que varia entre 19 ms e 101 ms, dependendo da quantidade de recursos utilizados.

The lightweight manycore processor class emerged to provide a high degree of parallelism and energy efficiency. However, developing applications for these processors faces various programmability issues stemming from their architectural peculiarities. Particularly, process management needs to mitigate problems arising from small local memories and the lack of robust virtualization support. In this context, this work aims to develop a process migration functionality in a distributed operating system for lightweight manycores through a lightweight container based virtualization approach. Specifically, this work is part of the Nanvix project, which is an open-source distributed operating system based on a multikernel approach designed for lightweight manycores. Experimental results show that virtualization positively impacted the operating system's performance. There was an increase in performance in the thread subsystem and a reduction in branches, in data cache misses and instruction cache misses. The processes were able to be transferred between processor clusters with a downtime ranging from 19 ms to 101 ms, depending on the amount of resources used.