微内核架构多线程机制的形式化设计研究

微内核架构因其有效的模块隔离性而成为操作系统方面研究的热点,多线程机制是微内核架构需要解决的关键性能问题。有不少的工作对微内核架构多线程机制进行了研究,但存在频繁的系统地址空间切换和实现复杂度高的问题。采用形式化的方式对微内核架构多线程和安全机制进行描述和设计,提出一个微内核线程分层对象语义模型,用以 设计多线程机制的线程间通信、调度和互斥同步方案。在已实现和验证的微内核操作系统VTOS中对多线程功能和性能进行了测试,结果表明 VTOS有效地实现了多线程机制,并具有很好的系统性能。     

片上多核处理器共享资源分配与调度策略研究综述

对于片上多核处理器,如何在多线程间公平有效地分配调度有限的共享资源是一个很重要的问题.随着处理器核规模的增长,多线程对于系统中有限的共享资源的争夺将愈发激烈,由此导致的对于系统性能的影响也将更加显著.为了缓解乃至解决这一问题,除了增加可用共享资源外,一个能够公平有效地在多线程间分配共享资源的调度算法也至关重要.在各类共享资源中,对于系统性能有着最大影响的是共享缓存和动态随机存储器(dynamic random-access memory,DRAM)系统.对于共享缓存,可以通过缓存分区来降低由于线程间的争夺所带来的影响;对于DRAM系统,可以采取适当的调度算法来调节各个线程发出的访存请求的服务优先级,从而改善系统性能.首先分别以系统吞吐量和公平性为优化目标介绍了一系列对共享缓存的分区调度算法,并针对缓存分区粒度过大的问题给出了相关解决方案.然后从利用线程的访存行为特征和借鉴网络路由算法等多个角度介绍了DRAM的调度算法.研究了从全局出发的联合调度算法,以解决针对不同共享资源的调度算法间相互矛盾的问题,最后从不同角度对于今后的研究进行了展望.     

支持多核架构的微内核操作系统设计

针对多核架构开始在嵌入式领域普及的趋势,设计一个基于多核处理器架构的微内核操作系统,描述系统中内存管理、线程调度、锁和中断、线程间通信以及应用程序等各部分的设计方案。该设计充分利用多核架构和微内核操作系统的特点,不仅应用于与Intel公司合作的L4微内核操作系统研究项目,也为其他微内核操作系统设计提供了参考。     

基于RTLinux的多通道实时网络系统设计

主要借鉴Linux/RK的资源调度思想，为嵌入式实时Linux提出了一种网络实时方案。主要对现有的RTLinux进行改造，突出网络实时的应用。通过改造Linux的网络子系统，得到一个微型网络子系统，移植到RTlinux微内核中。为网络子系统设计多个处理通道，支持网络并发调度，这由多个针对不同应用的内核线程实现。解决了Linux系统中网络实时性能不高的问题。     

用户级线程

核心线程是微内核操作系统Ｍａｃｈ调度的基本单位，它较好地支持了细粒度的并行计算，但核心线程在支持用户并发模型、双并发模型上还有许多缺点。用户级线程是在核心线程的支持下建立的更高层次的用户调度单位，能较好地支持用户程序的并发执行。本文重点介绍在核心线程支持下的用户级线程—ＣＴｈｒｅａｄ的实现方案     

Linux内核完全公平调度器改进的研究

针对现有Linux内核使用的完全公平调度器无法有效解决贪婪线程问题,提出一种改进的调度算法和该算法的高效实现,该算法通过惩罚贪婪线程的方法提升调度器的公平性。实验结果证实,贪婪线程问题存在;改进后的调度算法有效减少了存在贪婪线程问题的程序对降低系统整体性能的影响。     

基于粒子群算法的多核处理器线程调度研究

为有效解决多核处理器的线程调度问题,提出了一种基于粒子群算法框架上的线程调度算法.该算法依据设计的调度模型,在线程DAG图上通过复制不在同一处理器上且存在相关性的线程,生成相互独立的子DAG图,并采用改进的粒子群优化算法对其进行合理调度,由此提高线程调度效率.仿真实现了该算法,并通过实验数据验证了该算法的优越性.     

通信下推系统的一种有界可达算法

Qadeer首次针对并发下推系统提出一种有界可达算法,通过限定上下文切换的次数使得算法可终止,可有效地分析过程间并发程序。但是并发下推系统以全局变量模拟同步,不适应于当前广泛使用的基于事件驱动的并发程序。针对通信下推系统,提出一种基于双重调度的有界可达算法,通过限定同步调度的次数,结合线程间的同步调度和线程内的路径调度解决通信下推系统的可达性问题,从而为事件驱动的过程间并发程序分析提供了算法基础。     

基于时间帧的处理器PFair调度改进算法

为了解决PFair算法进行交互任务调度时,由于忽略了不同阶段的周期性任务而导致多个线程之间任务的迁移问题以及空间和时间的浪费问题,提出了基于时间帧的处理器PFair调度改进算法。该算法基于周期性任务系统的特点,引入时间帧控制和改变本地周期性任务调度来限制任务迁移,从而实现对PFair算法的改进。为了评估算法的迁移开销和公平性,通过实验对普通PFair算法及本文所提出的改进算法ERfair进行对比实验,结果表明,改进算法ERfair能够通过时间帧内调度和分区控制大大降低任务在不同处理器间的迁移次数。基于时间帧的处理器PFair调度改进算法在保证公平性的同时,提高了系统的效率,应用于多核处理器上的任务调度是可行的、有效的。     

RT—Mach：基于Mach的实时微内核

ＲＴ－Ｍａｃｈ是ＣＭＵ在原标准Ｍａｃｈ微内核之上开发的实时微内核，它的目标是提供一个公用的实时计算环境。与Ｍａｃｈ相比，ＲＴ－Ｍａｃｈ增加了实时线程模型、实时同步、实时调度、实时时钟和计时器，以及实时ＩＰＣ等新特点，本文将介绍ＲＴ－Ｍａｃｈ的这些新特点。     

服务体执行流模型中消息通信的时间可预测性分析

Minicore是基于服务体执行流模型的新型微内核,它有效的将操作系统中的存储模型和运行模型相分离.微内核的高度模块化的设计使Minicore对服务体(Minicore的基本单元)间的消息通信的依赖度极高.于是对于Minicore操作系统的时间可预测性分析也无可避免的依赖于通信模块的时间可预测性.本文的工作即是通过计算Minicore通信模块的WCET,分析消息通信的时间可预测性,为未来实现时间可预测的通信机制并分析Minicore的时间可预测性提供基础.对通信模块的WCET分析计算采用静态WCET分析中的基于路径的算法,应用到Minicore系统的通信模块,包括四个阶段:提取目标代码片段,程序控制流分析,处理器特征分析和WCET计算.基于WCET计算结果本文定义配置相关的时间可预测性(CIPr)作为评估消息通信时间可预测性的指标.     

SMPED：一种新型高性能服务器体系结构

分析了几种服务器软件体系结构存在的优点与缺陷，设计了一种结合多进程并发与单进程事件驱动优点的对称式多进程事件驱动SMPED服务器体系结构。提出了一种新颖的连接调度算法，该算法根据服务器实际吞吐量进行连接分发和资源分配，试图实现服务器吞吐量最大化。仿真试验证明，SMPED服务器性能在多种网络条件下明显优于现行服务器。     

现代仪器用实时分布式操作系统

为了给多功能,多参数,智能化,网络化的现代仪器系统提供一和中更好的硬件支撑环境,作者研制了现代仪器用弱实时分化布式操作系统（ＩＯＷＲＴＤＯＳ）其结构自底向上分为３层,通用硬件接口（ＧＨＩ）层,微内核（Ｍｉｃｒｏｋｅｒｎｅｌ）层和全局共享对象（ＧＳＯ）层,ＧＨＩ封装了硬件细节,为操作系统的其余部分提供了一个理想的机器结构,Ｍｉｃｒｏｋｅｒｎｅｌ是ＩＯＷＲＴＤＯＳ的核心,主要提供内存管理,多线程管理和     

Linux微内核模型

Linux操作系统是一种通用型操作系统,内核采用了分层设计思想,导致了内核在实时性、内核扩充性和内核大小控制性方面的不足,文章提出了全新linux微内核设计模型,从根本上解决linux系统结构的缺点。     

基于ISM的动态优先级调度算法

在嵌入式Linux操作系统的实时调度算法中,EDF调度算法不能解决负载过载问题。为此,引进对系统负载有着良好表现的SLAD算法和BACKSLASH算法。基于ISM算法思路,提出一种动态优先级调度算法。该算法能根据一段时间内负载过载的情况,灵活地调度EDF算法和SLAD算法,从而提高系统在正常负载和过载情况下的调度效率。对实时任务截止期错失率DMR指标的测试结果证明了其改进效果。     

一种基于Minix的实时化方案的设计

通用操作系统实时化主要是针对Linux、Unix系统的实时化,是实时操作系统开发的一个重要途径,以微内核结构的Unix系统Minix为基础,对其进行了整体的实时架构,主要包括中断处理和进程调度机制的实时化设计,并对设计的合理性进行了测试.     

一种基于结点的分布式合作缓存管理算法DCC

工作站机群系统需要有一个高性能的并行文件系统以适用高速输入、输出数据处理的要求,而提高并行文件系统的关键是合作缓存技术。文中提出了一种基于结点的分布式合作缓存管理算法ＤＣＣ。该算法综合了避管理器和基于局部信息两种算法的优点,给出了一种位于结点机上的主块信息站的方法,通过对主块信息站的信息进行维护来达到对全局信息的跟踪。算法采用积极的局限信息维护策略,提高了主块位置判断的准确性。与ＧＭＩＳ算法、Ｈｉ     

多线程计算模型、体系结构与编译技术

1 引言在过去的30年里,计算机体系结构经历了长足的发展,超标量、超流水线、VLIW等先进思想显著地提高了计算机的性能,但这些单线程的体系结构在提高指令级并行度方面也面临着巨大的困难。多线程体系结构被认为是一种提高并行度的有效模型,它结合了数据流结构和传统的冯·诺依曼控制流结构,既保持了指令执行的高性能,又实现了处理器的高