高性能路由操作系统HEROS的 设计与实现

实时分布式操作系统是高性能分布式路由器的控制核心，为了保证路由器 系统的整体性能和安全性，本文设计并实现了实时分布式操作系统HEROS（Highly Efficient Router Operating System).HEROS基于微内核体系结构，其多任务内核实现 了基于优先级的抢行式调度、高效率的任务间同步和通信原语，实时的中断处理和高效的管理机制，为了更好地服务于分布式路由器体系结构，HEROS基于CompactPCI总线实现了一种分布式通信机制和 面向网络协议的高性能的缓冲管理机制。目前，基于HEROS的高性能安全路由器原型系统已经设计完成。     

高性能路由器操作系统HEROS中的多处理器通信

为了适应基于分布式多处理器平台的路由器的应用需求．本文对高性能路由器操作系统HEROS(Highly Efficient Router Operating System)进行了分布式扩展,实现了分布式的消息队列机制DMQ．DMQ是一种轻负栽的,和传输介质无关的,具有容错能力的分布式消息通信机制．基于DMQ机制可以实现高性能的分布式分组转发．该DMQ机制已经用于国家“863”重大项目“高性能安全路由器”和“核心路由器”,取得了满意的效果．     

分布式IPv6路由器转发系统设计与实现

为了实施下一代互联网络，需要实现IPv6协议的高性能路由器．转发系统负责路由器的核心功能——IPv6分组的转发，提出了一种分布式高性能IPv6路由器的转发系统的设计和实现方案，包括分布式的IPv6分组转发机制，用于板间IPv6分组传递的分布式分组缓冲管理机制，基于分布式的结构实现的IPv6核心协议，以及用于转发系统的协议数据和配置信息管理的分布式控制消息通信机制．该系统已经在国家“八六三”重大科技项目“高性能IPv6路由器”上得到实现和应用．     

面向并行图像处理的实时分布式操作系统的设计与实现

针对多片TMS320C64 DSP构成的多计算机体系结构的实时图像识别系统，设计并实现了面向并行图像处理的实时分布式操作系统PIPORTDOS（Parallel image processing-oriented real-time distributed operating system）．PIPORTDOS基于微内核体系结构，包括硬件抽象层、系统核心层、分布式消息通信机制和系统服务层四个层次．其多任务内核实现了基于优先级的抢先式调度、任务闻的同步和通信原语、实时的中断处理以及面向应用的缓存管理机制．为了实现对分布式并行图像处理的支持，PIPORTDOS采用了基于消息传递（Message Passing）的方式，并在实现中充分考虑了上层图像处理算法的应用需求以及DSP的硬件功能．相关性能指标表明，本文设计实现的PIPORTDOS完全可以满足系统的强实时性要求．在功能上也能适应算法对不同并行结构的需求．     

一种面向实时图像处理应用的基于非共享存储的多DSP系统设计

为了满足图像处理系统对图像处理能力和图像数据通信能力的实时要求,在分析多DSP系统的架构以及多DSP核之间通信机制的基础上,提出了一种基于非共享存储的同构多DSP系统设计。在硬件系统设计的基础上,根据实时系统的层次体系思想,实现了基于实时微内核的实时分布式操作系统DSP/BIOS。     

分布式路由协议BGP-4的实现与优化

边界网关协议ＢＧＰ－４是用于自治系统之间交换路由信息的动态分布式路由协议。文中介绍了清华大学研制的国产高性能路由器中分布式路由协议ＢＧＰ－４的具体实现。为了提高路由器的性能,对ＢＧＰ－４的实现进行了优化,主要优化措施包括单进程体系结构,其于二叉树的支持可变长掩码的路由表和基于静态数组的时钟队列。测试结果表明,该实现在性能上表达了Ｃｉｓｃｏ７０００系列路由器的水平,完全达到了设计要求。     

一种基于C64x的多DSP实时图像处理系统

介绍了一种基于TMS320C64x的实时图像处理系统，该系统采用高性能的TMS320C6414DSP进行图像处理，通过FPGA实现的LINK口以LVDS信号进行图像数据传输，满足了图像处理系统中图像处理能力和图像数据通信能力的要求。在图像处理硬件系统的基础上，还基于实时系统的层次体系思想，设计并实现了基于实时微内核的实时分布式操作系统。最后从3个方面对该系统的实时性能作了分析，结果表明，该系统能够满足实时图像处理的要求。     

分布式路由器操作维护管理系统的设计与实现

路由器操作维护管理（OAM）系统负责对路由器进行操作和管理,它是由路由器正常运行的保证,是路由器中的重要模块。高性能路由器通常采用的分布式体系结构,这就对操作维护管理提供了新的要求。本文对路由器操作管理进行了深入的研究,首先介绍了路由器操作管理的设计要求和研究现状,然后介绍了清华大学研制的高性能多协议路由器的软硬件体系结构和其对操作维护管理系统的功能要求,设计并实现了面向分布式路由器的操作维护管理系统。最后总结了全文并指出了进一步研究方向。     

一种基于总线的多处理器共享内存机制

基于总线的分布式多处理器体系结构是目前常见的高性能路由器硬件体系结构,清华大学计算机系统在研制“863”重大项目“高性能安全路由器”的过程中,在基于CompactPCI总线的PowerPC多处理器平台上实现了一种多处理器共享内存机制,该共享内存机制（SM机制）实现了一系列核心对象,包括SM内存,SM信号量,SM消息队列和SM任务控制块等,本文详细介绍了SM机制的设计与实现并给出了性能测试结果。     

一种嵌入式实时分布计算系统的安全策略设计

本文介绍了一种基于防火墙和安全分布式操作系统的,嵌入式实时分布计算系统的安全策略设计,其中由包过滤路由器和堡垒主机构成的防火墙屏蔽来自系统外部的攻击,防火墙中包含了IPSec协议安全机制。分布计算系统内部的安全保障则源自扩充了安全服务的分布式操作系统。     

基于组件的路由器操作维护系统的研究

路由器操作维护（OAM）系统负责对路由器进行操作和管理,它是由路由器正常运行的保证,是路由器中的重要模块。随着路由器技术的发展,对路由器软件动态升级的要求正越来越受到人们的重视。本文对扩展服务路由器操作管理进行了深入的研究,首先介绍了扩展服务路由器操作管理的设计要求和研究现状,然后介绍了清华大学研制的扩展服务器路由器原型系统的软硬件体系结构和其对操作维护系统的功能要求,高度并实现了基于分布式实时操作系统VxWorks,可实时动态加载扩展服务组件的操作维护管理系统。最后指出了进一步研究方向。     

高性能路由器中IPSec协议研究及其实现

高性能路由器作为网络中的关键设备,不仅要保障高速转发效率,更要提供网络安全防护.该文分析了现有网络的安全需求,借鉴策略管理和数据处理相分离的思想,提出一种分布式实现,集中式管理的路由器中IPSec的实现方案并在主控内核中初步实现并进行测试,结果证实了该方案的可行性.     

构件化动态可扩展操作系统的内核安全模型

灵活内核技术把构件技术充分地融入到了操作系统体系结构的设计中,在兼顾了性能和灵活性的同时也引入了安全问题.对灵活内核带来的安全问题进行了分析,讨论了几种现有的解决内核安全问题的技术,综合几种现有技术设计了一种基于页表机制和构件技术的内核安全模型,介绍了其在Intel x86处理器上的原型实现要点,最后对该模型进行了分析,说明其解决了所提出的安全问题.     

C3I网络管理体系结构研究

C^3I网络系统是一个结构非常复杂、实时性强、安全可靠性要求严格的高度分布式处理系统,是未来信息化战场的重要基础设施。阐述了现代C^3I系统的结构特点,分析了现有网络管理的体系结构及其在C^3I网络管理中的局限性,指出了基于SNMP协议的传统网络管理体系结构难以适应对C^3I网络管理体系结构的要求,在此基础上,结合分布式对象计算技术,研究在C^3I网络管理系统中应用CORBA技术,建立一种新的网络管理模型,使得C^3I网络管理系统具有分布、实时、可靠、配置灵活等一系列新特性。     

基于国产平台的虚拟化操作系统架构研究及其实现

高性能计算操作系统面临独特的需求与挑战,这些需求与挑战涵盖并发与高效、系统弹性与容错、异构性、I/O和访存带宽、低噪等诸多方面。传统宏内核操作系统并不能完全满足HPC领域的独特需求,因而需要为HPC定制操作系统。提出虚拟化操作系统架构,该架构主要包含两部分：（1）虚拟机监视器与轻量级内核相结合的虚拟化操作系统架构;（2）支持分时复用虚拟机与空间分割虚拟机相结合的虚拟机监视器架构。在国产平台上设计并实现了一个简单的系统原型Hypervk,说明了上述架构的可行性。初步的实验结果表明,系统具有较好的效率、低噪特性与可行性,在一定程度上可以满足HPC操作系统独特的需求。     

基于LSM的分布式强制访问控制的设计与实现

LSM(Linux Security Modules)是得到Linus Torvalds本人支持的安全访问控制的底层架构,强制访问控制是操作系统安全增强技术中经常采用的方式。为了在基于Linux的集群系统上,实现节点间信息的安全流动,在简要介绍LSM和强制访问控制的原理的基础上,讨论了如何拓展LSM及其相应的安全政策来实现集群系统节点间的安全访问控制,并设计和实现了基于LSM的分布式强制访问控制。最后指出了这一实现在性能上的缺陷和进一步改进的方向。     

Linux下基于Netfilter防火墙应用研究

Linux提供的基于内核Netfilter框架的防火墙,是一个功能强大、扩展性强的网络安全框架,可以实现一种性价比较高的安全方案。基于Linux作系统的网络安全框架Netfilter原理的分析,结合一个内核防火墙模块实例介绍了基于Netfilter框架下的内核防火墙设计方法。     

基于Pfair的分布式实时调度策略Linux下实现

任务调度策略是嵌入式分布式实时系统关键问题之一,以Pfair公平调度为代表的全局调度技术是当前研究的热点,调度方法要在实际中得到应用,需要与具体的操作系统相结合.分析了分布式实时系统的调度理论,比较研究了几种Pfair算法,通过修改Linux内核的数据结构和调度函数,初步实现了Pfait的PD2算法,实验证明达到了预期的实验结果.