支持集群系统的linux内核技术研究

论文摘要

集群技术一直是计算机界研究的一个热点问题。集群系统不但能够充分利用现有的计算机资源,而且具有良好的可扩展性和较高的性能价格比。为了使普通的linux内核能够支持集群技术,可以对linux进行修改,目前已有很多种不同的修改方案。本文深入分析了其中的一种实现方案,它就是openmosix集群系统。这个系统通过修改linux源代码,在内核层次上实现了进程的迁移。 本文首先分析了linux内核源代码,并在此基础上研读集群系统的源代码,深入理解它的进程迁移机制。集群系统在迁移进程时只迁移用户空间的应用程序,内核空间并不进行迁移。但经过本文的分析发现内核空间中的有些结构是可以进行迁移的,并且迁移之后能够提高系统的性能,为此,本文提出基于进程迁移的套接字迁移方案。这一迁移方案是针对在openmosix集群系统上运行服务器程序时存在的不足而提出的。为了实现套接字迁移,本文还着重研究了linux内核中IPv4协议栈。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 论文背景
• 1.3 论文工作
• 1.4 论文结构
• 2 Linux内核分析
• 2.1 进程
• 2.2 Linux的虚拟空间
• 2.3 系统调用
• 2.4 虚拟文件系统
• 2.5 子进程和父进程
• 2.6 socket套接字
• 2.7 套接字缓冲区
• 3 Openmosix的进程迁移的原理
• 3.1 Openmosix系统概述
• 3.2 集群系统的入口函数
• 3.3 在迁移时需要迁移的信息
• 3.4 远程节点上建立进程运行环境
• 3.5 集群中的系统调用
• 4 套接字迁移分析
• 4.1 服务器与套接字
• 4.1.1 服务器运行模式
• 4.1.2 网络编程接口的内核实现
• 4.1.3 TCP层报文段的发送和接收
• 4.2 Openmosix上的服务器
• 4.2.1 集群上服务器程序的运行
• 4.2.2 迁移套接字
• 5 IP分组截获和转发
• 5.1 IPv4协议栈
• 5.1.1 地址解析协议
• 5.1.2 IP路由
• 5.1.3 IP分组的接收和发送
• 5.1.4 IP分组的分片与重组
• 5.2 宿主机对IP分组的处理
• 5.2.1 IP分组的拦截
• 5.2.2 IP分组的转发
• 6 套接字迁移的实现
• 6.1 分组转发的精确控制
• 6.2 进程和套接字文件
• 6.3 传送套接字
• 6.4 套接字结构重建
• 6.5 文件描述符映射
• 6.6 套接字迁移扩展方案
• 6.7 代码的调试
• 6.8 实验以及实验结果
• 7 结束语
• 7.1 本文总结
• 7.2 进一步的工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录