Estado del arte de los hipervisores para FPGAs y sus interferencias en la comunicación
Ikusi/ Ireki
Data
2021-11-23Egilea
Terradillos Latorre, Julen
Laburpena
Resumen
Con el aumento exponencial de las necesidades tanto de usuarios como
de empresas de aumentar la velocidad de comunicación de sus sitemas, los
desarrolladores se han visto en la obligación de usar cada vez más FPGAs.
Sin embargo, las FPGAs resultan ser un elemento muy caro y potente al
que, en muchas ocasiones, no se llega a sacar el 100 % de la utilidad, de
modo que, con el objetivo de conseguir un ahorro económico (y ya que las
mismas lo permiten) las FPGAs se han empezado a virtualizar.
La virtualización es una tecnología bastante conocida, pues se emplea tan-
to en ordenadores de escritorio como en servidores, y esta misma tecnología
se está trasladando ahora a arquitecturas ARM, haciendo posible la insta-
lación de hipervisores en FPGAs.
En este trabajo se realizará un estudio sobre los diversos hipervisores
disponibles actualmente en el mercado para, seguidamente, realizar la puesta
en marcha de un hipervisor XNG sobre una ZYBO y una evaluación de las
velocidades en sus comunicaciones de red.
La primera parte, recogida en los capítulos 5 a 8, es un estado del arte
centrado en los virtualizadores que incluye una clasificación de los mismos,
junto con una descripción de los distintos hipervisores y su correspondiente
clasificación.
La segunda parte, englobada en los capítulos 9 a 10, contiene una breve
descripción de algunos de los hipervisores que pueden ser usados en arqui-
tecturas ARM.
La tercera y última parte de este trabajo se encuentra en el capítulo 11
y describe, primeramente, cómo instalar Linux en una tarjeta de desarrollo
ZYBO y, en segundo lugar, cómo instalar el hipervisor XNG y una partición
de Linux en la misma placa ZYBO. En este apartado también se presentan
las mediciones de las velocidades de comunicación para cada uno de los
supuestos y se comparan los resultados obtenidos. Laburpena
Erabiltzaileek eta enpresek beren sistemen komunikazio-abiadura han-
ditzeko dituzten beharrak esponentzialki handitu direnez, garatzaileek gero
eta FPGA gehiago erabili behar izan dituzte.
Hala ere, FPGAk oso elementu garesti eta indartsuak dira, eta, askotan,
ez zaie %100 baliagarritasuna ateratzen; beraz, aurrezki ekonomikoa lortzeko
helburuarekin (eta FPGA-ek ahalbidetzen dutenez), FPGAk birtualizatzen
hasi dira. Birtualizazioa teknologia nahiko ezaguna da, mahaigaineko orde-
nagailuetan zein zerbitzarietan erabili ohi izan dena, eta egun teknologia hau
ARM arkitekturetara eramaten hasi da, FPGAn hiperbisoreak instalatzeko
aukera emanez.
Lan honetan, gaur egun merkatuan dauden hiperbisoreei buruzko ikerketa
bat aurkeztuko da, eta, jarraian, ZYBO baten gainean XNG hiperbisore bat
martxan jarriko da sareko komunikazioetako abiaduren ebaluazioa egiteko.
Lehenengo atala, 5. kapitulutik 8.era , birtualizatzaileetan zentratutako
artearen egoera bat da, hauen sailkapen batekin batera, eta hiperbisore ez-
berdinen deskribapenak ere jasotzen ditu, dagokien sailkapenarekin.
Bigarren atalean, 9. eta 10. kapituluetan, ARM arkitekturetan erabil dai-
tezkeen hiperbisoreetako batzuen deskribapen laburra jasotzen da.
Bukatzeko, lan honen hirugarren eta azken atala 11. kapituluan dago, eta,
lehenik, Linux ZYBO garapen-txartel batean nola instalatzen den deskri-
batzen du, eta, bigarrenik, XNG hiperbisorea eta Linux partizio bat ZYBO
plaka berean nola instalatu azaltzen du. Atal honetan, kasu bakoitzerako
komunikazio-abiaduren neurketak ere aurkezten dira, eta lortutako emaitzak
alderatzen dira. Abstract
With the exponential rise in the needs of both users and companies to
increase the communication speed of their systems, developers have been
forced to use more and more FPGAs.
However, FPGAs turn out to be a very expensive and powerful element
that, on many occasions, is not used to its full potential, so, in order to
achieve economic savings (and since they allow it), FPGAs have begun to
be virtualized. The virtualization is a well known technology, commonly used
in both desktop computers and servers, whitch is now being transferred to
ARM architectures making it possible to install hypervisors in FPGAs.
In this paper, a study of the various hypervisors currently available on
the market will be carried out, followed by the implementation of an XNG
hypervisor on a ZYBO and an evaluation of its network communication
speeds.
The first part, contained in chapters 5 to 8, shows the state of the art
mainly focused on virtualizers, including a classification of them, together
with a description of the different hypervisors and their corresponding clas-
sification.
The second part, comprising chapters 9 to 10, contains a brief description
of some of the hypervisors that can be used on ARM architectures.
The third and last part of this work is found in chapter 11 and describes,
firstly, how to install Linux on a ZYBO development board and, secondly,
how to install the XNG hypervisor and a Linux partition on the same ZYBO
board. This section also presents the measurements of the communication
speeds for each of the assumptions and compares the results obtained.