上海交大发布关于微内核操作系统研究成果

10月24日，第29届ACM操作系统原理大会（SOSP，ACM Symposium on Operating Systems Principles）在德国科布伦茨召开。上海交通大学电子信息与电气工程学院并行与分布式系统研究所（IPADS）实验室关于可持久化微内核操作系统的研究论文获评SOSP 2023会议最佳论文奖（Best Paper Award）。这是自1967年首届SOSP召开以来首篇由亚洲研究人员独立完成并获得SOSP/OSDI最佳论文奖的研究论文。
全系统持久化可以简化应用开发，并具备接近即时恢复的能力。全系统持久化通常可以通过使用单层存储（single-level store, SLS）实现周期性地为系统状态创建检查点，并保存到持久设备中。然而，现有的SLS存在两个主要的问题：持久化开销大和不能保证外部同步性，而这两点对于需要持久化保证的低延迟服务至关重要。
本文指出微内核操作系统中状态对象的树状结构可以被用来简化和优化检查点的创建。为此，本文提出了一种树状结构的微内核——TreeSLS，将整个系统的状态维护简化为一个capability tree和一个可以容忍故障的内存管理模块。TreeSLS进一步利用新兴非易失性内存来维护系统状态，减少了创建检查点以及运行时的开销。通过高效的状态维护，TreeSLS还支持了延迟外部可见性，以提供低开销且透明的外部同步性。
在微基准测试和真实应用程序（如Memcached，Redis和LevelDB）中，TreeSLS可以在200微秒内完成整个系统的持久化，并且在每毫秒进行一次的高频检查点创建下，TreeSLS可以达到与真实应用程序的原生持久化支持相当或更好的性能。/n本文是IPADS实验室围绕自研微内核操作系统实现全系统透明持久化的尝试。此外，这项工作也是继ZoFS [SOSP'19]（高性能用户态NVM文件系统）、MT^2[FAST'22]（NVM/DRAM混合平台带宽监控）, HTMFS [FAST'22]（eADR 平台上的强一致性用户态 NVM文件系统）之后，在如何高效利用新型存储设备上的进一步探索。
关于SOSP/nACM操作系统原理大会（SOSP）与USENIX操作系统设计与实现研讨会（OSDI）是操作系统领域两个最高水平的学术会议。本次SOSP大会共有229篇论文投稿，43篇被接收，其中3篇论文获得最佳论文奖。