Memory Allocation for Page Level Isolation in ROS Composition

Abstract

One of the most widely used middleware in robot application development is the Robot Operating System (ROS). As ROS composition methods have emerged, it has become possible to execute multiple nodes concurrently in a single process. However, when multiple nodes are composed into a single process, multiple independent nodes share the same memory space, and therefore dynamically allocated memory chunks of different nodes are intermixed, regardless of the page boundary. In order to apply page level isolation, this paper introduces a memory allocation method to dynamically allocate memory chunks on separate regions for each node, even on precompiled node binaries. In this method, the memory requests are redirected to a specially designed allocator, and upon a memory request, on which region the memory request must be handled is determined using additional information obtained through tracing the required information.

Robot Operating System (ROS)는 로봇 애플리케이션을 만드는데 널리 쓰이는 미들웨어이다. ROS composition 방법이 등장하면서, 하나의 프로세스 내에 여러 개의 노드를 같이 실행하는 것이 가능 해졌다. 그러나, 하나의 프로세스 내에 여러 개의 노드가 존재할 때는 모든 노드가 하나의 메모리 공간을 사용하므로, 각 노드에 동적으로 할당된 메모리 개체들이 페이지의 경계에 상관없이 무질서하게 배열된다. 본 논문에서는 ROS composition 프로세스에서 페이지 수준 격리를 적용하기 위해서, 각 노드에 동적으로 메모리를 할당할 때 서로 다른 영역에 메모리를 할당하도록 하는 메모리 할당 방법을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 방법은 기존에 컴파일 된 노드 바이너리에 대해서도 적용이 가능하다. 해당 방법에서는 메모리 할당 및 해제 요청을 특수하게 설계된 메모리 할당자로 보내어 처리한다. 이 때, 어느 영역에서 해당 요청을 처리해야 하는지 결정하기 위해 필요한 정보를 추적하여 확보하며, 이를 이용하여 각 요청을 적절하게 처리한다.