CNS Core: Medium: Secure Hardware Virtualization Contexts for Ephemeral Cloud Computing

CNS 核心:中:用于临时云计算的安全硬件虚拟化上下文

基本信息

  • 批准号:
    2107307
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 60万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-06-01 至 2024-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Lightweight virtualization technologies such as containers have enabled emerging computing paradigms of microservices and serverless computing with thousands of concurrent users sharing each server. Unfortunately, current compiler, hardware, and operating systems were optimized for the steady state of long running applications instead of the very short-lived execution of functions. Especially in the current era of multi-core processors, existing context management mechanisms impose significant performance overheads. Furthermore, serverless environments are dominated by ephemeral state (e.g., intermediate computations) and containers that are discarded after function invocation is complete. Nevertheless, existing system stacks do not take into account the ephemeral nature of serverless computing. The goal of this project is to design new hardware and operating system execution contexts in synergy with compiler optimizations to match the needs of function computation. This work will build new compiler techniques for function analysis to identify the data needs of ephemeral execution. In addition, this project will explore a new cross-stack interface that allows the communication and ephemeral state tracking at the operating system and hardware layers. Finally, this work will explore the design of hardware support for managing compiler-identified ephemeral data through novel hardware contexts purposefully built for function execution that will aim to minimize data movement and energy consumption.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
容器等轻量级虚拟化技术使微服务和无服务器计算的新兴计算范例成为可能,数千个并发用户共享每台服务器。不幸的是,当前的编译器、硬件和操作系统针对长期运行的应用程序的稳定状态进行了优化,而不是针对非常短暂的函数执行。特别是在当前的多核处理器时代,现有的上下文管理机制带来了显着的性能开销。此外,无服务器环境主要由短暂状态(例如中间计算)和函数调用完成后被丢弃的容器主导。然而,现有的系统堆栈没有考虑到无服务器计算的短暂性。该项目的目标是与编译器优化协同设计新的硬件和操作系统执行上下文,以满足函数计算的需求。这项工作将构建新的编译器技术进行函数分析,以确定临时执行的数据需求。此外,该项目将探索一种新的跨堆栈接口,允许在操作系统和硬件层进行通信和短暂状态跟踪。最后,这项工作将探索硬件支持的设计,通过专门为函数执行而构建的新颖硬件上下文来管理编译器识别的临时数据,旨在最大限度地减少数据移动和能源消耗。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并被认为是值得的通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准进行评估来提供支持。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
IOCost: block IO control for containers in datacenters
IOCost:数据中心容器的块IO控制
TMO: transparent memory offloading in datacenters
TMO:数据中心中的透明内存卸载
Memory-Efficient Hashed Page Tables
内存高效的哈希页表
Contiguitas: The Pursuit of Physical Memory Contiguity in Datacenters
Contiguitas:数据中心物理内存连续性的追求
  • DOI:
    10.1145/3579371.3589079
  • 发表时间:
    2023-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Zhao, Kaiyang;Xue, Kaiwen;Wang, Ziqi;Schatzberg, Dan;Yang, Leon;Manousis, Antonis;Weiner, Johannes;Van Riel, Rik;Sharma, Bikash;Tang, Chunqiang;et al
  • 通讯作者:
    et al
Parallel virtualized memory translation with nested elastic cuckoo page tables
使用嵌套弹性布谷鸟页表进行并行虚拟化内存转换
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