中国某大学计算机学院高级计算机系统结构课程案例.pdf

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1、中 科 学 技 木 大 学 计 算 机 名 相 高 级 计 算 机 系 统 结 构 课 程 案 例 案 例 名 称：多 核 服 务 器 平 台 系 统 虚 拟 化 解 决 方 案 成 员 名 单：廖 鹏 杨 晓 亮 陈 熊 李 志 政 卢 佳 帅 指 导 教 师：吴 俊 敏 _中 国 科 学 技 术 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 学 院 日 期：2009年 4 月 1 4 日摘 要 摘 要 长 期 以 来 处 理 器 性 能 的 提 升 都 是 通 过 提 高 单 一 线 程 执 行 流 的 主 频 和 指 令 级 并 行 性（流 水 线、分 支 预 测 等）来 实 现 的。如 今

2、这 些 技 术 对 性 能 的 提 升 已 经 达 到 了 极 限。为 此 学 术 界 提 出 了 线 程 级 并 行 性 解 决 方 案 来 克 服 指 令 级 并 行 性（ILP）的 局 限 性。目 前 已 经 有 大 量 的 线 程 级 并 行 性（TLP）处 理 器，如 共 享 大 部 分 资 源 的 S M T,主 要 集 中 在 C ache层 次 共 享 的 C M P等。此 外，当 前 计 算 机 体 系 结 构 研 究 的 趋 势 表 明 未 来 CM P/SM T处 理 器 将 进 一 步 增 加 上 下 文 数 量，因 此 片 上 处 理 器 核 数 量 将 从 2,4,

3、8 个 增 加 到 数 百 个。大 规 模 多 核 处 理 器 所 面 临 的 问 题 之 一 就 是 如 何“发 掘”计 算 机 系 统 中 的 线 程 来 充 分 利 用 片 上 资 源。解 决 这 一 问 题 的 一 种 方 案 就 是 在 同 一 个 多 核 心 片 上 同 时 运 行 多 个 操 作 系 统（或 者 逻 辑 域）。为 了 达 到 这 一 目 标，需 要 引 入 一 个 通 常 被 称 为 管 理 程 序（Hypervisor）的 系 统 虚 拟 机 固 件 层 来 协 调 所 有 来 自 于 不 同 逻 辑 域 的 请 求 和 限 制。S u n公 司 的 Hyper

4、visor就 是 针 对 上 述 目 标 所 设 计 的 基 于 UltralSPARC T 2多 核 处 理 器 的 开 源 系 统 虚 拟 机。本 文 首 先 介 绍 了 项 目 背 景、虚 拟 机 以 及 SUNUltraSPARC H ypervisor,然 后 详 细 介 绍 了 Hypervisor资 源 管 理 的 五 个 方 面：逻 辑 域 资 源、存 储 资 源 的 划 分 与 管 理、虚 拟 外 设 管 理、逻 辑 域 间 通 信 机 制 和 各 种 资 源 的 划 分 与 调 度。最 后 总 结 了 Hypervisor的 资 源 管 理 机 制。关 键 词：多 核 虚

5、拟 化 管 理 程 序AbstractAbstractProcessors performance improvement has been historically obtained increasingboth the frequency clock speed and the instruction level parallelism(pipeline,branchprediction,etc)of a single thread execution flow.Those techniques have reached theirasymptotic limit and,nowadays

6、,do not guarantee further improvements as in the past.Thread level parallelism has been proposed as a solution to overcome the limitationsof ILP.There is a wide variety of TLP processors,ranging from SMT,where most ofthe resources are shared,to CMPs where the resource sharing is low,mainly focusingo

7、n the cache.Besides,current trends in computer architecture point that futureCMP/SMT processors will have an increasing number of contexts.Hence,we willmove from 2-,4-,8-core chips to dozens or hundreds of cores in a chip.One of the problems of massive multicore processors is how to“find”threads in

8、acomputing system in order to fully take profit of those future massive multicoresystems.One of the solutions to this problem is to run at the same time severaloperating systems(or logical domains)on the same multicore chip.In order to do so,it is required to have a firmware layer,normally called hy

9、pervisor that takes care ofcoordinating the all the requests and constraints of the different logical domains.Sun developed a system virtual machine named hypervisor based on UltraSPARCT2 multicore processor to obtain the foregoing target.This paper firstly introduces thebackground of project,some k

10、nowledge about virtual machines and SUNUltraSPARC Hypervisor.Then 5 aspects of Hypervisor resource management isdetailed,that is logical domain resource,partition and management of memoryresource,virtual I/O management,commucation mechanism between logical domains,partition and scheduling of all kin

11、ds of resource.In the last part of this paper,wesummaried the management mechanism of Hypervisor resource.Key Words:Multicore/Virtualization/Hypervisor目 录 目 录 第 一 章 引 言.11.1 项 目 背 景.11.2 虚 拟 机.11.3 SUN UltraSPARC Hypervisor.21.4 论 文 安 排.4第 二 章 逻 辑 域 资 源.52.1 背 景.52.2 Machine Descriptions.52.3 Hyperv

12、isor 中 的 M D.62.3.1 M D结 构 图.62.3.2 Header.72.3.3 Node Block.72.3.4 Name Block.82.3.5 Data Block.82.3.6 Tag 的 含 义.92.3.7 NODE.92.3.8 NODE 种 类.102.3.9 有 向 无 环 图.102.4 本 章 小 结.1 1第 三 章 存 储 器 资 源 的 划 分 及 管 理.123.1 传 统 内 存 管 理.123.1.1 地 址 类 型.123.1.2 内 存 寻 址.123.2 Hypervisor 的 内 存 管 理.143.2.1 地 址 模 式.14

13、3.2.2 Hypervisor 中 的 MMU 服 务.153.2.3 地 址 翻 译 过 程.183.3 Hypervisor 的 硬 件 支 持.193.3.1 T S B访 问 的 硬 件 支 持.193.3.2 实 到 虚 地 址 映 射 与 预 测 取 指.203.4 小 结.21第 四 章 虚 拟 外 设 总 线 管 理.错 误！未 定 义 书 签。4.1 1 0总 线 概 述.错 误！未 定 义 书 签。4.1.1 1 0总 线 的 发 展.错 误！未 定 义 书 签。4.1.2 PCI Express基 本 规 范 介 绍.错 误！未 定 义 书 签。4.2 UltraSPA

14、CET2外 设 总 线 的 特 性.错 误！未 定 义 书 签。4.2.1 PCI Express概 述.错 误！未 定 义 书 签。4.2.2 U ST2中 P IU的 操 作.错 误！未 定 义 书 签。4.3 Hypervisor中 总 线 及 虚 拟 外 设 管 理 的 实 现.错 误！未 定 义 书 签。4.3.1 虚 拟 设 备.错 误！未 定 义 书 签。目 录 4.3.2设 备 及 总 线 管 理 的 代 码 实 现.错 误！未 定 义 书 签。4.4 小 结 及 感 想.错 误！未 定 义 书 签。第 五 章 逻 辑 域 间 通 信 机 制.225.1 逻 辑 域 通 道.4

15、25.1.1 无 状 态 连 接.425.1.2 LDC 安 全.425.2 LDC 服 务.435 2 1 端 点.435.2.2 LDC 队 列.435.2.3 LDC 中 断.445.2.4 LDC A P I.445.3 LD C基 本 结 构.455.3.1 概 述.455.3.2 Hypervisor 基 本 结 构.475.3.3 LDC 虚 拟 链 路 层(LDC virtual link layer).515.4 小 结.58第 六 章 各 种 资 源 的 划 分 及 调 度.596.1 对 资 源 进 行 划 分 及 调 度 的 意 义.596.2 X en的 逻 辑 域

16、管 理 的 机 制.606.2.1 概 述.606.2.2 Xen 的 架 构.606.2.3 Xen Hypervisor.616.2.4 Domain 0.616.2.5 Domain U.616.2.6 Domain 管 理 和 控 制(Domain Management and Control).626.2.7 Xen Operation.646.3 Sun Hypervisor的 资 源 的 划 分 及 调 度.656.3.1 逻 辑 域 在 Hypervisor中 的 作 用.656.3.2 域 的 依 赖.666.3.3 域 管 理 操 作.676.3.4 M D资 源 的 查

17、找 支 持 相 关 函 数 举 例.696.4 小 结.70第 七 章 结 论.71参 考 文 献.72致 谢.错 误！未 定 义 书 签。第 一 章 引 言 第 一 章 引 言 1.1 项 目 背 景 长 期 以 来 处 理 器 性 能 的 提 升 都 是 通 过 提 高 单 一 线 程 执 行 流 的 主 频 和 指 令 级 并 行 性（流 水 线、分 支 预 测 等）来 实 现 的。如 今 这 些 技 术 对 性 能 的 提 升 已 经 达 到 了 极 限。为 此 学 术 界 提 出 了 线 程 级 并 行 性 解 决 方 案 来 克 服 指 令 级 并 行 性（ILP）的 局 限 性。

18、目 前 已 经 有 大 量 的 线 程 级 并 行 性（TLP）处 理 器，如 共 享 大 部 分 资 源 的 S M T,主 要 集 中 在 Cache层 次 共 享 的 CMP等。此 外，当 前 计 算 机 体 系 结 构 研 究 的 趋 势 表 明 未 来 CMP/SMT处 理 器 将 进 一 步 增 加 上 下 文 数 量，因 此 片 上 处 理 器 核 数 量 将 从 2,4,8 个 增 加 到 数 百 个。大 规 模 多 核 处 理 器 所 面 临 的 问 题 之 一 就 是 如 何“发 掘”计 算 机 系 统 中 的 线 程 来 充 分 利 用 片 上 资 源。解 决 这 一 问

19、 题 的 一 种 方 案 就 是 在 同 一 个 多 核 心 片 上 同 时 运 行 多 个 操 作 系 统（或 者 逻 辑 域）。为 了 达 到 这 一 目 标，需 要 引 入 一 个 通 常 被 称 为 管 理 程 序（Hypervisor）的 系 统 虚 拟 机 固 件 层 来 协 调 所 有 来 自 于 不 同 逻 辑 域 的 请 求 和 限 制。1.2 虚 拟 机“虚 拟 机 是 以 某 种 易 于 用 户 和 应 用 程 序 从 中 获 益 的 方 式 来 表 示 计 算 资 源 的 过 程，而 不 是 根 据 这 些 资 源 的 实 现、地 理 位 置 或 物 理 封 装 的 专

20、 有 方 式 来 表 示 计 算 资 源。换 言 之，虚 拟 机 为 数 据、计 算 能 力、存 储 资 源 以 及 其 他 资 源 提 供 了 一 个 逻 辑 视 图，而 不 是 物 理 视 图。”根 据 虚 拟 机 的 用 途 以 及 它 们 与 真 实 硬 件 的 相 关 程 度 可 以 将 虚 拟 机 分 成 两 大 类。系 统 虚 拟 机 可 以 提 供 一 个 支 持 操 作 系 统 运 行 的 完 整 的 系 统 平 台；而 进 程 虚 拟 机 的 设 计 则 是 针 对 单 个 程 序 的 执 行，这 意 味 着 它 支 持 单 独 的 进 程。实 际 上，虚 拟 机 是 将

21、运 行 于 其 上 的 软 件 限 制 在 虚 拟 机 所 提 供 的 资 源 和 抽 象 的 内 部。1）系 统 虚 拟 机 系 统 虚 拟 机（硬 件 虚 拟 机）允 许 在 运 行 各 自 操 作 系 统 的 不 同 虚 拟 机 之 间 共 享 底 层 的 物 理 机 器 资 源。提 供 这 种 虚 拟 化 的 软 件 被 称 为 虚 拟 机 监 控 器 或 者 管 理 程 序（Hypervisor）o管 理 程 序 目 前 主 要 分 为 两 类：类 型 1管 理 程 序（本 地 虚 拟 机）是 一 种 直 接 运 行 于 给 定 硬 件 平 台 之 上 的 软 件 1第 一 章 引

22、言（作 为 一 个 操 作 系 统 控 制 程 序），客 户 操 作 系 统 则 以 第 二 层 次 运 行 在 硬 件 之 o 最 典 型 的 类 型 1管 理 程 序 是 IBM在 1960s开 发 的 CP/CM Slo最 近 的 一 些 具 有 代 表 性 的 产 品 主 要 包 括 Oracle的 VM,VMware的 ESX Server，IBM 的 POWER Hypervisor（PR/SM）3,微 软 的 Hyper-V 4（2008 年 6 月 发 布），ScaleMP 的 vSMP Foundation（2005 年 发 布）以 及 Sun 的 LogicalDomain

23、s Hypervisor（2005 年 发 布）。类 型 2 管 理 程 序（宿 主 虚 拟 机）是 运 行 于 操 作 系 统 环 境 之 内 的 软 件，“客 户”操 作 系 统 作 为 第 三 个 层 次 运 行 于 硬 件 之 上。典 型 产 品 包 括 VMware Server,VMware Workstation,VMware F u sio n,开 源 的 QEM U,微 软 的 虚 拟 PC 和 虚 拟 服 务 器 产 品，Sun的 VirtualBox以 及 并 行 工 作 站 和 并 行 桌 面。系 统 虚 拟 机 的 主 要 优 点 在 于：多 个 操 作 系 统 环

24、境 可 以 同 时 存 在 于 同 一 个 计 算 资 源 之 上，彼 此 之 间 相 互 隔 离 虚 拟 机 可 以 提 供 一 种 与 真 实 机 器 不 同 的 指 令 集 体 系 结 构（ISA）2）进 程 虚 拟 机 进 程 虚 拟 机（应 用 虚 拟 机）作 为 一 个 普 通 的 应 用 运 行 在 操 作 系 统 内 部 同 时 支 持 单 一 的 进 程。在 该 进 程 开 始 时 进 程 虚 拟 机 被 创 建，当 进 程 结 束 时 虚 拟 机 则 被 销 毁。它 的 作 用 就 是 一 个 平 台 无 关 的 编 程 环 境，这 一 环 境 可 以 抽 象 出 底 层

25、硬 件 或 者 操 作 系 统 的 细 节，并 且 可 以 保 证 程 序 在 所 有 平 台 上 都 以 相 同 的 方 式 执 行。与 系 统 虚 拟 机 所 提 供 的 指 令 集 体 系 结 构（ISA）抽 象 相 比，进 程 虚 拟 机 提 供 了 更 高 层 次 的 抽 象，即 高 级 编 程 语 言 抽 象，Java虚 拟 机 就 是 一 种 最 典 型 进 程 虚 拟 机。进 程 虚 拟 机 是 通 过 解 释 器 和 及 时 编 译 的 方 式 来 实 现 的。1.3 SUN UltraSPARC HypervisorUltraHypervisor是 Sun公 司 设 计 的

26、 基 于 UltralSPARC T 2多 核 处 理 器 的 开 源 系 统 虚 拟 机，它 是 一 个 软 件 层，该 软 件 层 位 于 操 作 系 统 和 硬 件 平 台 之 间，主 要 作 用 是 对 资 源 进 行 管 理。通 过 使 用 Hypervisor和 SUN4V技 术，可 将 具 体 的 硬 件 资 源 虚 拟 化，将 操 作 系 统 与 寄 存 器 隔 离 开，具 体 图 示 见 图 l.loSPARC hardware2第 一 章 引 言 图 1.1架 构 示 意 图 在 Hypervisor的 资 源 管 理 中，主 要 包 括 五 个 方 面 的 内 容：1.逻

27、 辑 域 资 源(Logical Domain)UltraSPARC Hypervisor不 仅 能 提 供 操 作 系 统 所 需 要 的 系 统 服 务，还 能 够 分 隔 物 理 资 源，这 样 就 能 有 多 个 虚 拟 机 运 行 在 同 一 个 SPRAC硬 件 平 台 上。每 个 虚 拟 机 是 一 个 自 包 含 的 划 分，能 够 支 持 独 立 的 操 作 系 统。这 个 自 包 含 的 划 分 称 之 为 一 个 逻 辑 域。示 意 图 见 图 1.2o图 1.2逻 辑 域 2.存 储 器 资 源(Memory)在 Sun4V体 系 结 构 中，有 两 类 地 址，虚 拟

28、 地 址 和 实 地 址。对 每 个 用 户 看 到 的 是 一 个 虚 拟 地 址，中 间 通 过 MMU转 换 为 一 个 实 地 址，再 转 换 为 一 个 物 理 地 址。对 每 个 逻 辑 域 都 有 一 块 自 己 的 存 储 器 资 源。Hypervisor对 存 储 资 源 的 描 述 以 及 虚 拟 地 址 和 物 理 地 址 之 间 的 转 换 有 自 己 专 门 的 机 制。3.与 外 设 相 关 资 源(I/O)在 UltraSPARC Hypervisor中，I/O设 备 直 接 映 射 一 个 逻 辑 域 来 对 其 进 行 管 理，这 个 是 叫 直 接 I/O,

29、直 接 I/O是 I/O访 问 一 个 逻 辑 域 的 基 本 模 式。然 而，为 了 能 够 让 多 个 逻 辑 域 能 够 访 问 多 个 物 理 I/O设 备，提 出 了 虚 拟 I/O的 概 念。4.逻 辑 域 通 道 资 源(Logical Domain Channel)在 Hypervisor中，一 个 逻 辑 域 通 道 是 一 个 点 对 点 的，成 对 的，虚 拟 连 接 两 个 的 逻 辑 域 的 通 信 管 道。为 两 个 逻 辑 域 之 间 传 送 数 据 提 供 通 道，还 是 两 个 逻 辑 域 之 间 异 步 通 信 的 机 制。5.资 源 分 配 及 调 度(R

30、esource Management)在 Hypervisor中，所 有 上 述 资 源 将 描 述 为 一 个 有 向 无 环 图 MD,Hypervisor会 根 据 用 户 的 指 定 将 资 源 分 配 给 相 应 的 逻 辑 域。3第 一 章 引 言 1.4论 文 安 排 本 文 主 要 是 对 SUN UltraSPARC Hypervisor的 资 源 管 理 作 研 究，在 研 究 之 前 还 对 一 些 背 景 知 识 作 介 绍，安 排 如 下：背 景 知 识 第 一 章 引 言 介 绍 了 项 目 背 景、虚 拟 机 相 关 知 识，以 及 SUN UltraSPARC

31、Hypervisor.,从 五 个 方 面 分 别 介 绍 Hypervisor资 源 管 理 第 二 章 逻 辑 域 资 源 介 绍 了 逻 辑 域 和 M D的 概 念，并 详 细 分 析 说 明 了 Hypervisor中 M D的 具 体 实 现。第 三 章 存 储 资 源 的 划 分 及 管 理 首 先 介 绍 了 传 统 内 存 管 理 策 略，之 后 再 介 绍 H ypervisor中 的 内 存 管 理，包 括 地 址 模 式、M M U以 及 地 址 翻 译 过 程，最 后 介 绍 了 Hypervisor中 的 TLB第 四 章 虚 拟 外 设 管 理（网 卡、PC LE

32、）首 先 介 绍 传 统 外 设 总 线，之 后 介 绍 UltraSPARC T 2中 的 P C I与 P I U,最 后 介 绍 Hypervisor中 虚 拟 外 设 管 理 策 略 第 五 章 逻 辑 域 间 通 信 机 制 主 要 介 绍：逻 辑 域 之 间，以 及 逻 辑 域 与 外 部 实 体 之 间 的 通 信 机 制。它 有 两 种 方 式：一 是 使 用 一 个 虚 拟 的 链 路 层 进 行 数 据 包 的 传 输；二 是 采 用 共 享 内 存 的 形 式 进 行 远 程 访 问。第 六 章 各 种 资 源 的 划 分 及 调 度 首 先 介 绍 X e n的 逻 辑

33、 域 资 源 管 理 机 制，之 后 介 绍 SUN Hypervisor资 源 划 分 及 调 度。第 七 章 结 论 4第 二 章 逻 辑 域 资 源 第 二 章 逻 辑 域 资 源 2.1背 景 在 UltraSPARC Hypervisor中，Hypervisor不 仅 能 提 供 操 作 系 统 所 需 要 的 系 统 服 务，还 能 够 分 隔 物 理 资 源，这 样 就 能 有 多 个 虚 拟 机 运 行 在 同 一 个 SPRAC硬 件 平 台 上。每 个 虚 拟 机 是 一 个 自 包 含 的 划 分，能 够 支 持 独 立 的 操 作 系 统。这 个 自 包 含 的 划 分

34、 便 称 之 为 一 个 逻 辑 域。UltraSPARC Hypervisor的 目 的 是 在 一 个 平 台 上 并 行 运 行 多 个 操 作 系 统。但 是 UltraSPARC Hypervisor必 须 满 足 4 个 体 系 结 构 上 的 要 求 才 达 到 这 个 目 标，即 安 全 性、通 用 性（支 持 多 种 操 作 系 统）、可 行 性 与 高 性 能 要 求 5。实 际 上，H ypervisor的 目 标 就 是 创 建 多 个 与 经 典 独 立 的 机 器 具 有 同 样 属 性 的 虚 拟 机，但 是 它 将 这 些 虚 拟 机 整 合 到 一 个 单 独

35、 的 平 台 上，这 个 平 台 上 的 资 源 是 被 共 享 的。同 时 共 享 资 源 策 略 的 高 效 性 保 证 了 额 外 的 操 作 不 会 影 响 整 体 的 性 能 5。逻 辑 域 划 分 解 决 方 案 是 这 样 一 种 方 案，即 将 一 个 平 台 尽 量 多 地 划 分 为 多 个 虚 拟 机，每 个 虚 拟 机 都 能 启 动、关 闭、重 启 和 机 器 崩 溃，同 时 虚 拟 机 之 间 是 相 互 独 立 的。图 2.1描 述 了 Hypervisor上 的 逻 辑 域。interfaceisun4vSolaris SolarisNexti-至*-，Zone

36、 1 Zone 2图 2 逻 辑 域 示 意 图 2.2 Machine Descriptions运 行 在 一 个 虚 拟 机 中 的 操 作 系 统 代 码 需 要 一 种 方 法 来 发 现 虚 拟 机 中 的 所 有 可 用 资 源。在 传 统 的 非 虚 拟 的 机 器 中，硬 件 资 源 通 常 是 由 操 作 系 统 自 己 探 查 到 的,比 如 说 操 作 系 统 检 查 硬 件 寄 存 器，或 是 等 待 某 种 硬 件 资 源 的 回 应，这 种 方 法 很 耗 5第 二 章 逻 辑 域 资 源 时。在 一 个 并 行 虚 拟 化 的 世 界 中，没 有 必 要 使 用

37、这 种 方 法 来 得 到 想 要 的 资 源。Hypervisor A P I提 供 了 一 个 详 细 描 述 虚 拟 机 中 资 源 的 描 述 符，这 种 资 源 描 述 符 被 叫 做 Machine D escription（或 MD）,它 是 一 个 客 户 操 作 系 统 所 能 得 到 的 所 有 资 源 的 一 个 目 录。除 了 那 些 基 本 的，比 如 说 C P U和 内 存 映 射 细 节 信 息，一 个 域 的 M D包 含 资 源 之 间 的 详 细 关 系，例 如 N U M A延 迟 和 在 内 存 层 次 中 的 cache之 间 的 共 享 5。M D

38、中 提 供 的 一 些 信 息 是 必 须 要 有 的，其 它 的 信 息 则 是 可 选 的，这 些 信 息 是 在 性 能 优 化 的 时 候 需 要 用 到。H ypervisor存 储 这 些 信 息，一 个 最 重 要 的 优 点 是 这 些 资 源 总 可 以 被 一 个 域 获 取 到。这 就 避 免 了 在 一 个 主 控 制 域 中 分 发 信 息 所 出 现 的 任 何 瓶 颈。同 时，一 个 系 统 中 的 所 有 的 逻 辑 域 可 以 在 加 电 之 后 同 时 启 动，而 不 会 出 现 任 何 由 主 控 制 域 在 启 动 时 所 引 起 的 单 点 错 误。2

39、.3 Hypervisor 中 的 MD在 Hypervisor中，M D主 要 目 的 是 用 来 描 述 某 个 虚 拟 机 器（或 逻 辑 域）中 的 所 有 资 源，M D主 要 由 在 每 个 逻 辑 域 或 虚 拟 机 器 环 境 中 的 操 作 系 统 使 用，操 作 系 统 通 过 M D来 得 到 其 所 想 要 的 资 源。Hypervisor将 会 根 据 操 作 系 统 的 请 求 来 为 其 分 配 M D,分 配 时，M D 被 写 入 到 Guest（代 表 操 作 系 统 的 结 构 体）的 一 个 缓 存 中，而 已 分 配 给 这 个 G uest的 MD便

40、 是 该 G uest专 有 的，不 与 其 它 G uest共 享。因 为 某 个 G uest有 自 己 专 有 的、独 一 无 二 的 M D,所 以 更 新 某 个 M D即 代 表 又 提 供 了 一 个 全 新 的 MDo2.3.1 M D结 构 图 M D的 结 构 图 如 图 2.2o M D由 四 部 分 构 成：Header.Node Block、Name Block和 Data B lo c k,如 图 2.2中 A 部 分。6第 二 章 逻 辑 域 资 源 图 2.2 MD 结 构 图 Name BlockCData Block2.3.2 HeaderNodeMD H

41、eader部 分 的 定 义 如 图 2.3所 祠 ode图 2.3 MD headerByte offset Size in bytes Field name Description0 4 transport_version Transport version number4 4 node_blk_sz Size in bytes of node block8 4 nanie_blk_sz Size in bytes of name block12 4 data_blk_sz Size in bytes of data block对 于 big-endian机 器，H eader结 构 体

42、描 述 如 下:struct md_header uint32_tuint32_tuint32_juint32jtransport_version;node_blk_sz；/*size in bytes o f the node block*/name_blk_sz;/*size in bytes o f the name block*/data_blk_sz；/*size in bytes o f the data block*/element）；Transport_sersion指 的 是 M D编 码 的 版 本，它 是 3 2 b it整 数，高 1 6位 指 定 主 版 本 号，低

43、16位 指 定 修 正 版 本 号。H e a d e r部 分 的 总 大 小 为 16Byte.2.3.3 Node BlockNode B lo c k部 分 其 实 是 由 一 个 线 性 数 组 构 成，数 组 中 每 个 元 素 可 以 看 作 一 个 N o d e,这 个 线 性 数 组 的 最 后 一 个 元 素 为 L IS T _ E N D,其 值 为 0 x 0,如 图 2.2中 的 7第 二 章 逻 辑 域 资 源 C 部 分 所 示。每 一 个 Node是 由 多 个 element组 成 的，每 个 element大 小 为 16byte,如 图 2.2中 的

44、D 部 分 所 示。C structure表 示 element如 下：struct md_element/1+/+4+8 Byteuint8_t tag;uint8_t namelen;uint32_t name;union struct uint32_t len;uint32_t offset;prop_data;for PROP_DATA and PROP_STR*/uint64_t prop_val;/for PROP_VAL*/“Et64_i prop_idx;for PROP_ARC and NODE*/Id;；2.3.4 Name BlockName Block为 每 个 结 点

45、 提 供 名 字，合 法 的 名 字 字 符 串 定 义 如 下：一 个 名 字 字 符 串 是 由 一 串 线 性 字 符 数 组 构 成 的 可 读 字 符 串，字 符 数 组 以 空 字 符 C(T)结 束。Null结 束 符 结 尾，可 以 让 我 们 使 用 C 库 中 的 strcmp函 数 来 做 比 较。字 符 的 编 码 是 遵 循 ISO标 准，且 是 所 有 人 类 可 以 识 别 的 字 母 和 符 号，但 是 不 包 括 以 下：即 空 格，“/”，“”，要 引 用 某 个 名 字 字 符 串，你 必 须 使 用 Name Block中 的 某 个 名 字 字 符 串

46、 的 起 始 字 节 偏 移。在 Name Block中，可 能 有 重 复 的 字 符 串，也 有 可 能 一 个 给 定 的 字 符 串 在 NameBlock中 只 出 现 一 次。因 此，Name Block中 某 个 字 符 串 的 偏 移 便 成 为 该 字 符 串 在 机 器 描 述 符 中 的 唯 一 标 识。单 个 名 字 字 符 串 可 被 多 个 结 点 元 素 引 用。Name Block使 用 了 全 0 字 节 来 填 充，这 样 保 证 后 边 的 Data Block的 起 始 地 址 相 对 于 MD的 起 始 地 址 来 说，是 16字 节 的 整 数 倍。

47、这 些 填 充 的 字 节 也 包 含 在 NameBlock size 中。2.3.5 Data BlockData Block为 Node B lock中 的 结 点 提 供 了 一 些 原 数 据(raw data)0与 NodeBlock中 的 元 素 相 关 联 的 原 数 据 就 是 一 个 简 单 的 线 性 raw data连 接 串，它 没 有 更 复 杂 的 结 构。每 个 原 数 据 的 大 小、位 置 以 及 内 容 是 通 过 Node Block中 的 引 用 元 8第 二 章 逻 辑 域 资 源 素 来 标 识。Data Block中 的 内 容 没 有 对 齐

48、要 求，除 非 引 用 该 内 容 的 元 素 要 求 它 这 样 做。如 果 需 要 对 齐，则 它 的 对 齐 规 则 同 Name B lo c k,也 是 采 用 全 0 填 充，起 始 地 址 相 对 M D起 始 地 址 来 说 是 16字 节 的 整 数 倍。M D的 创 建 者 必 须 安 排 Data Block中 的 内 容，以 使 得 Data Block满 足 对 齐 要 求。同 时，M D 的 使 用 者 必 须 使 用 一 个 足 够 大 的 缓 冲 区 来 读 入 这 个 M D,或 者 M D使 用 者 必 须 时 刻 准 备 好 正 确 地 处 理 每 一 个

49、 没 有 对 齐 的 数 据。2.3.6 T ag的 含 义 定 义 Element Tag是 为 了 方 便 调 试，element tag的 定 义 见 表 2.1.表 2.1 Element Tag 定 义 Tag Value ASCII Name Description Value field0 x0 0 LIST_END End of element list-0 x4e N NODE Start of node definition 64 bit index to next node inlist of nodes0 x45 E NODE.END End of Node defin

50、ition-O xt NODE_NULL No operation-to be ignored 00 x61 a，PROP_ARC Node property arcing to another node 64 bit index of nodereferenced0 x76 PROP_VAL Node property with an integer value 64 bit integer value forproperty0 x73 PROP_STR Node property with a string value offset and length ofstring within d