CSR: Small: I/O Virtualization at the Device File Boundary and its Applications

CSR:小:设备文件边界的 I/O 虚拟化及其应用

基本信息

  • 批准号:
    1422312
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 41.3万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2014-10-01 至 2017-09-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Virtualization allows multiple virtual computers to securely share the hardware resources of a physical computer. This has become a critical technology for security, resource consolidation and management in modern computers. Among hardware resources, input and output (I/O) devices have proven to be hard to virtualize because of the great diversity in their functionality and implementation; yet, I/O devices are very important for modern computers from smartphones to data center servers. They include not only human input and output devices such as sensors and actuators, but also computational resources like graphics processing unit (GPU) and field-programmable gate array (FPGA). Known I/O virtualization solutions often struggle between development effort and supported device functionality. This project aims at not only solving this impasse but also extending I/O virtualization from locally connected I/O devices to network I/O virtualization - I/O devices from computers available via network. It will also demonstrate the novel, compelling application cases of network I/O virtualization for both mobile devices and data centers. Device file, an abstraction used by Unix-like operating systems for I/O devices, can be the sweet spot as the boundary for I/O virtualization. The project's focus centers around three technical contributions: First, high-performance cross-computer file operations that allow file operations issued by one computer to be efficiently executed by device drivers residing in another computer, virtual or physical, even over network. Second, this project will provide fault and data isolation between multiple computers sharing an I/O device and provide correctness and performance guarantees to them without sacrificing the potential benefits of the device file boundary. Finally, this project will demonstrate the novel applications of network I/O virtualization for both mobile and server systems, including accelerator consolidation in data centers and I/O sharing between mobile devices.The project will leverage collaborations with industry leaders to ensure a timely transfer of technologies into industry and there is a broad impact on the commercial development of mobile devices and data centers. The project will provide new system components for teaching mobile and embedded systems to a diverse community of learners. Finally, as mobile devices have penetrated all walks of life and data centers have become the backbone of personal computing, the project has the potential to impact this global society and its economy by reducing the operational cost of data centers and by enabling novel use of mobile devices.
虚拟化允许多个虚拟计算机安全地共享物理计算机的硬件资源。这已成为现代计算机中安全,资源合并和管理的关键技术。在硬件资源中,由于其功能和实现的多样性,投入和输出设备已被证明很难虚拟化;但是,I/O设备对于从智能手机到数据中心服务器的现代计算机非常重要。它们不仅包括人类输入和输出设备,例如传感器和执行器,还包括图形处理单元(GPU)和现场可编程门阵列(FPGA)等计算资源。已知的I/O虚拟化解决方案通常在开发工作和支持的设备功能之间挣扎。该项目不仅旨在求解此僵局,还旨在将I/O虚拟化从本地连接的I/O设备扩展到网络I/O虚拟化-I/O通过网络可用的计算机I/O设备。它还将展示移动设备和数据中心的网络I/O虚拟化的新颖,引人入胜的应用程序。设备文件是I/O设备的Unix样操作系统使用的抽象,可以作为I/O虚拟化的边界的绝佳点。该项目的重点围绕三个技术贡献:首先,高性能的跨计算机文件操作,允许一台计算机发出的文件操作由位于另一台计算机中的设备驱动程序有效地执行,即虚拟或物理,甚至通过网络。其次,该项目将在共享I/O设备的多个计算机之间提供故障和数据隔离,并为它们提供正确的性和性能保证,而无需牺牲设备文件边界的潜在好处。最后,该项目将展示网络I/O虚拟化在移动和服务器系统中的新应用,包括数据中心中的加速器合并以及移动设备之间的I/O共享。该项目将利用与行业领导者的合作,以确保将技术转移到行业中,并对移动设备和数据中心的商业开发产生广泛的影响。该项目将为多样化的学习者社区提供新的系统组件,以向移动和嵌入式系统进行教授。最后,随着移动设备渗透到各行各业和数据中心已成为个人计算的骨干,该项目有可能通过降低数据中心的运营成本并促进新型移动设备的使用来影响全球社会及其经济。

项目成果

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知道了