解密ACRN——一個專為物聯(lián)網(wǎng)而設計的Hypervisor

ACRN是一個靈活的、輕量級的hypervisor，以實時性和安全性為設計出發(fā)點。

隨著物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模呈指數(shù)級增長，物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)者需要支持各種不同的硬件資源、操作系統(tǒng)、軟件工具/應用程序。這是一個很大的挑戰(zhàn)，因為許多互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)設備在資源上會受到各種限制的，例如運行內(nèi)存空間，閃存大小，CPU核的個數(shù)。虛擬化有助于滿足這些廣泛的需求，但是現(xiàn)有的虛擬化方案無法為物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)提供同時滿足尺寸、靈活性和功能的適當?shù)慕M合。

I

ACRN的設計有所不同。在2018年的Linux嵌入式大會上發(fā)布的ACRN，是一款靈活的、輕量級的參考hypervisor，以實時性和關鍵的安全性為設計出發(fā)點，并且通過開源平臺為精簡嵌入式開發(fā)進行優(yōu)化。

ACRN的最大優(yōu)勢之一是尺寸小，發(fā)布時大約只有25K行代碼。英特爾開源技術中心為項目的發(fā)布貢獻了源代碼。英特爾公司副總裁兼開源技術中心總經(jīng)理Imad Sousou表示，“ACRN的想法來自于我們?yōu)橛脩籼峁┨摂M技術的工作。嵌入式物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)工作量很大。使用hypervisor技術，具有不同重要性的負載可以被整合到一個平臺上，從而降低開發(fā)和部署成本，并且允許更精簡的系統(tǒng)架構?！?/p>

關于名字：ACRN不是縮寫，發(fā)音為“acorn”，（acorn英文意思為橡子）寓意雖然開始很小，但最終可以長的很大，與該項目希望通過社區(qū)參與成長的方式相似。ACRN有兩個關鍵組成：hypervisor和ACRN設備模塊。ACRN Hypervisor是一個Type 1的hypervior，可以直接運行于裸機上。ACRN設備模塊是針對虛擬設備仿真的參考框架實現(xiàn)，它提供豐富的I/O虛擬化支持，目前計劃支持音頻、視頻、圖形和USB。隨著社區(qū)發(fā)展，預計會有更多設備虛擬化功能加入。

如何工作？

ACRN Hypervisor運行在裸機上，然后在其上可以運行一個基于Linux 的服務操作系統(tǒng)（SOS），然后可以同時運行多個客戶操作系統(tǒng)，以便整合工作負載。ACRN hypervisor為Service OS創(chuàng)造了第一個虛擬環(huán)境，然后啟動Guest OS。Service OS運行本地設備驅(qū)動程序來管理硬件，向Guest OS提供I/O mediation。

Service OS以系統(tǒng)最高優(yōu)先級的虛擬機運行，以滿足時間對敏感需求和系統(tǒng)服務質(zhì)量（QoS）的要求。Service OS目前可以運行Clear Linux*，但是ACRN也支持其它Linux* 的發(fā)行版或者專有RTOS作為Service OS或Guest OS。誠邀社區(qū)幫助來一起開發(fā)支持其他版本的Service OS，并使用ACRN參考堆棧支持其他版本的Guest OS，例如：其它Linux * 發(fā)行版、Android*、Windows* 或者專有RTOS。

為了保持ACRN hypervisor代碼庫盡可能小且高效，大部分設備模塊的實現(xiàn)駐留在Service OS，用來提供設備共享和其它功能。目的是保證在資源受限的設備上實現(xiàn)小尺寸，低延遲的代碼庫的優(yōu)化，為物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺構建虛擬化特定功能，如圖形、媒體、音頻、圖像以及其它需要分享資源的I/O設備。通過這種方法，ACRN填補了用于大數(shù)據(jù)中心的hypervisor和直接硬件分區(qū)hypervisor之間的空白，是各種物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的理想選擇。

一個實例是車輛中的軟件定義駕駛艙（SDC）。使用ACRN作為參考實現(xiàn)，供應商可以構建解決方案，包括儀表盤、車載娛樂系統(tǒng)(IVI)、一個或者更多的后排乘客娛樂系統(tǒng)(RSE)等?？紤]到整體系統(tǒng)安全問題，IVI和RSE系統(tǒng)可以作為隔離的虛擬機（VM）運行。軟件定義工業(yè)系統(tǒng)（SDIS）是另一個很好的例子，包括網(wǎng)絡物理系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算和認知計算。ACRN可以幫助SDIS整合工業(yè)工作負載，并且可以跨系統(tǒng)實現(xiàn)靈活調(diào)度。這有助于為用戶帶來益處，包括低功耗、簡化安全性、提高可靠性，以及簡化系統(tǒng)管理等。

ACRN的早期支持者包括英特爾、ADLink凌華科技、Aptiv、LG電子和東軟。社區(qū)開發(fā)者也歡迎下載代碼，并參與ACRN GitHub的貢獻。更多的使用案例信息和參與信息，請訪問ACRN官網(wǎng)。歡迎參加于2018年10月22-24日在英國愛丁堡舉辦的開源峰會兼嵌入式Linux大會（歐洲），屆時會針對Linux、云、容器、AI、社區(qū)等舉辦100多場會議。

注：本文由Linux基金會撰寫，其中部分內(nèi)容由英特爾開源中心首席工程師Eddie Dong提供。