基于LXC容器技术的网络机顶盒双系统研究和设计

摘要

随着高清电视和互联网的快速发展，人们对家庭娱乐的要求也越来越高，网络机顶盒应声成为了居家生活电器中重要的一员。巨大的消费市场同时也吸引了国内外各大设备开发厂商。随着市场上出现的网络机顶盒层出不穷，搭载各式各样操作系统的网络机顶盒也是让人眼花缭乱。由于系统开放性的优势，Android操作系统占据了主流的市场，丰富的应用软件也满足了不同人群对软件的需求。另外，还有一部分厂商看重了Linux操作系统的轻巧化，以及Linux内核可以自由定制适应不同场合的特性。然而主流网络机顶盒一般是单一操作系统，为了兼容这两种操作系统，方便人们适应不同的使用环境，本文引入了虚拟化技术，通过Linux容器技术设计了一种双系统网络机顶盒。
　　本文主要研究内容如下：
　　（1）本文首先介绍了虚拟化技术的发展过程，阐述了其中出现的各种类型的虚拟化技术以及解决的一些问题。然后列出了如今市面上出现的与Linux相关的虚拟化技术，分析了不同技术之间的特点与框架。接着介绍采用这些技术的虚拟化项目，重点分析不同项目之间的差异性。
　　（2）根据本文的需求，通过对不同技术和项目的对比之后，分析了嵌入式设备选择LXC的必要性，引出了本文所采用的容器技术LXC。接着详细介绍了LXC容器技术，剖析了容器技术中的两大核心技术：Cgroup系统和Namespace机制。
　　（3）通过对核心数据结构的分析，给出了Cgroup中各数据结构之间关系的框架图；详细讲解了通过实现Cgroup文件系统为用户提供管理Cgroup的工具；重点分析了Cgroup系统中各子系统的实现过程和基本原理，其中包括CPU、DEVICES、内存和CPUSET子系统。
　　（4）通过对数据结构的分析，简单阐述命名空间工作原理和作用；通过介绍clone函数和使用方法，分析了如何创建一个简易的命名空间实例；借助实例代码重点分析了六种命名空间的实现方法，分析命名空间如何对资源进行管理。
　　基于以上对容器技术的研究成果，本文给出了应用容器技术的双系统解决方案。在方案中，通过在SD卡上搭建管理容器的宿主系统环境，并安装LXC工具。在此基础环境中，通过配置容器中的文件系统、设备、网络等关键资源，构建了运行Android和Linux容器的环境。最后通过对运行结果的分析，实现了操作系统级虚拟化，达到了本文对双系统要求的目的。

目录

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要内容和章节安排

1.4本章小结

第二章 虚拟化相关理论与技术

2.1虚拟化技术概述与发展

2.2 Linux相关的虚拟化项目介绍

2.3嵌入式设备虚拟化技术的选择

2.4本章小结

第三章 嵌入式设备虚拟化实现的关键技术研究

3.1 LXC容器技术

3.2 LXC容器中的核心技术

3.3本章小结

第四章 资源管理子系统分析

4.1 Cgroup数据结构

4.2 Cgroup框架分析

4.3 Cgroup文件系统

4.4子系统的实现

4.5本章小结

第五章 命名空间机制

5.1 Linux内核Namespace机制

5.2 Linux内核中Namespace结构体

5.3使用clone创建namespace

5.4六种命名空间实例分析

5.5本章小结

第六章 应用容器技术的双系统解决方案

6.1总体系统框架设计

6.2硬软件平台介绍

6.3 环境搭建

6.4构建Android和Linux容器

6.5双系统运行与结果分析

6.6本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表论文

致谢