Improving Availability of Embedded Systems Using Memory Virtualization

In this paper, we propose a fault tolerant embedded system using memory redundancy on the full-virtualization based virtual machine monitor. The proposed virtual machine monitor first virtualizes main memory of embedded system utilizing efficient shadow page table scheme so that the embedded system runs as a virtual machine on the virtual machine monitor. The virtual machine monitor makes the backup of the embedded system run as another virtual machine by copying memory contents of the embedded system into memory space of backup system according to predefined schedules. When an error occurs in the target virtual machine, the corresponding standby virtual machine takes the role of target virtual machine and continues its operation. Performance evaluation studies show that such backups and switches of virtual machines are performed with minor performance degradation.

본 논문에서는 전가상화 방식의 가상 머신 모니터를 기반으로 메모리 중복을 통한 고장 감내 기능을 적용한 임베디드 시스템을 제안한다. 제안된 가상 머신 모니터는 우선 효율적인 섀도우 페이지 테이블 기법을 사용하여 메모리를 가상화한다. 이를 기반으로 대상 임베디드 시스템을 하나의 가상 머신으로 동작하게 하는 한편, 동일한 시스템을 별도의 가상 머신에서 동작하도록 백업 시스템을 구축함으로써 대상 임베디드 시스템의 메모리 영역이 미리 정해진 시점과 대상에 따라 백업 시스템의 메모리 공간으로 복사되도록 하였다. 이렇게 중복이 이루어진 임베디드 시스템은 고장이 발생하면 백업 시스템으로 전환하여 정상적인 동작을 이어나가게 된다. 성능 평가를 통해 제안된 기법이 임베디드 시스템의 성능을 크게 저하시키지 않으면서도 시스템의 가용성을 크게 향상시킬 수 있음을 확인하였다.