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。     

一种基于微内核操作系统进程间通信恢复方法

微内核架构为操作系统提供了良好的隔离性,高度模块化的架构设计使得微内核架构操作系统对进程间通信的依赖度极高,进程间通信恢复是系统恢复正常运行的关键。权能是微内核架构操作系统中进程对资源操作权限的描述,决定进程间能否进行通信。针对微内核操作系统在系统服务恢复过程中出现的进程间通信信道丢失问题,提出并实现了一种进程间通信恢复方法。在通信异常时保存权能信息,用于在系统关键服务恢复过程中重新建立客户程序与服务程序的进程间通信信道。实验结果表明所提出的方法是有效的,可以提高操作系统的可靠性。     

小型微内核操作系统内核模型设计与实现

微内核操作系统模型为操作系统教学提供了基本功能和应用需求,同时也是学习操作系统模型的基础。为实现微内核模型特设计了一个运行在VMWARE虚拟机上的微内核结构的小型操作系统模型,简单描述了键盘输入模块、屏幕显示模块、中断模块和TTY控制模块等的设计与实现。本系统模型的设计与实现将有利于从微观上观察操作系统的行为特征,更好地学习、理解和实践微内核机制。     

Research of the Memory Management and Shared Memory of the Hurd Operating System

GNU/Hurd操作系统是GNU设计用来替代Unix内核的新一代操作系统内核.Hurd基于微内核Mach 3.0架构之上,并与Mach系统独具各自不同的优点与特点.首先,简单介绍Hurd与Mach系统的关系,并且介绍了作为新一代操作系统内核的优点和特点,其次,重点分析了Mach微内核的内存管理以及Mach实现内存管理的接口.最后,讨论了如何在Mach微内核下完成内存共享,给出并分析了三种不同的实现方案.     

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     

微内核架构文件系统的形式化设计与验证方法研究

文件系统作为数据存储和管理的功能模块,其正确性是操作系统安全性的重要方面.采用形式化方法对微内核架构文件系统进行设计,使用操作系统对象语义模型(OSOSM)框架提出微内核架构文件系统的状态自动机模型,并依此描述系统调用的功能语义和系统状态转换,分析和归纳文件系统的功能正确性断言.以实现的微内核安全操作系统(Verified Trusted Oper-ating System,VTOS)为例,阐述在Isabelle/HOL定理证明器环境中构建状态自动机模型的方法,并对VTOS文件系统的形式化设计和功能正确性断言进行一致性验证,结果显示,VTOS文件系统的设计和实现符合预期的正确性规格说明.     

操作系统微内核技术研究*

文章介绍了作者在过去5年中在微内核技术上所做的工作.给出了3个算法.① 通过将任务调度和线程调度算法相结合的方法，来解决单纯以线程为单位的调度系统的效率和公平性问题；② 一个改进的写时拷贝算法，它结合写时拷贝算法和访问时拷贝算法的优点，来解决写时拷贝算法在I386体系结构上的适应性问题；③ 提出了一个微内核操作系统计时模型，它解决了传统计时算法在微内核系统中计时不准确的问题.     

用户级实时线程的设计与实现

连续媒质的应用程序要求有实时线程高效灵活的支持,包括对线程属性的动态管理和多线程模式的支持。本文介绍在RT-Mach微内核上用户实时线程的设计和实现。     

面向ARM64架构多核微处理器的模板计算性能优化研究

模板计算是一类重要的计算核心,广泛存在于图像和视频处理以及大规模科学和工程计算领域。但是,针对ARM64高性能处理器的模板计算性能的优化研究还很少。为了实现典型模板计算核心在ARM64架构多核微处理器上的并行化和性能优化,基于AMCC X-GENE2和飞腾FT-1500A多核微处理器特点,提出了基于两维度绑定的优化方法,该方法通过线程与CPU绑定以及线程与数据块绑定,减少了线程调度的并行开销,增加了Cache的命中率。实验结果表明,该方法提升了模板计算在ARM64架构多核微处理器上的性能,且在两种ARM64架构多核微处理器平台上都表现出较好的可扩展性。     

QNX消息传递及其在线程间通信的应用

本文介绍了QNX嵌入式实时多任务操作系统的消息传递和微内核体系结构的特点．创建线程的方法，消息传递的基本原理．以及阻塞式消息传递在线程间通信的实现方法．并给出了实例代码。     

基于微内核体系结构模块化和层次化设计的研究

针对传统操作系统“一锅粥”式的整体结构存在的问题,提出了一种解决方案。对微内核体系结构的设计进行了探讨,在对模块化的设计思想和方法进行分析的基础上,提出了基于微内核系统模块的环状层次化方案,并详细分析了这种微内核体系结构的特点和采用这种体系结构在实现过程中的优势。受到了嵌入式应用领域的青睐。     

异构多核处理器体系结构设计研究

多核技术成为当今处理器发展的重要方向,异构多核处理器由于可将不同类型的计算任务分配到不同类型的处理器核上并行处理,从而为不同需求的应用提供更加灵活、高效的处理机制而成为当今研究的热点.本文从体系结构的角度探讨了异构多核处理器设计中的关键点,从内核结构、互连方式、存储系统、操作系统支持、测试与验证、动态电压调节等方面分析...     

多核操作系统发展综述

多核处理器的核心迅速增长以及结构日益复杂,给未来操作系统的设计带来了很大的挑战。为适应多核处理器的发展,可以利用分布式设计思想,从结构和功能上对传统多核操作系统进行分布式处理优化,将多核硬件划分为不同的子系统,尽可能降低各子系统之间的耦合度,从而提高多核操作系统的可扩展性。本文概括当前多核操作系统研究的三种技术路线,力求宏观展现多核操作系统的发展趋势。     

微内核完整性保障研究与应用

为了避免安全操作系统中访问控制机制被篡改、绕过,提出利用微内核多服务器结构为安全核完整性提供保障.微内核提供的进程隔离和消息传递机制使得各个服务进程独立运行,通过受控的消息机制进行交互,有效保证了各个模块的完整性.微内核结构的简单性和模块化为形式化验证奠定了基础.原型系统Nutos利用Flask安全体系结构为用户提供灵活多策略的强制访问控制,由微内核多服务器结构为Flask中的安全服务器和引用监控器提供完整性保障,确保安全策略的正确实施.     

基于MACH的C/S应用系统开发研究

MACH是一个微内核结构的操作系统,也是一个良好的C/S应用系统开发平台,其基于端口的IPC机制是应用开发的重要基础,本文介绍了MACH操作系统的基本概念和结构,讨论分析了其IPC机制和过程,给出了基于MIG开发服务器应用系统的基本方法和步骤。     

一种异构多核处理器嵌入式实时操作系统构架设计

由于异构多核处理器和多处理器系统及同构多核处理器的构架存在很大差别,应用于多处理器系统的分布式结构以及应用于同构多核系统的主从式结构操作系统不能解决异构多核处理器的实时调度和效率问题。对异构多核处理器的特点及发展趋势进行了研究,提出了一种适用异构多核处理器的多主模式实时操作系统构架。这种构架将通信总线中的多主模式引入多核操作系统构架中,采用对称式结构及组件模式设计操作系统模型,使多核处理器中每个内核都可以作为主核实现对资源、任务的实时管理,提高系统性能,同时可以解决主从式操作系统存在的由于处理器核增多而带来的主内核不能满足系统性能要求的瓶颈问题。通过这种单一构架模型可以进行灵活配置,以适应不同结构及功能要求的处理器内核,降低操作系统开发难度。     

异构处理器多操作系统协同技术研究

随着嵌入式设备应用场景日趋复杂的变化,异构多核架构逐渐成为嵌入式处理器的主流架构.目前,多核处理器主要采用的单操作系统模式在实际应用中存在诸多局限性.为了充分发挥异构处理器的多核特性,针对异构处理器不同核部署相应的操作系统并实现多操作系统协同处理技术至关重要.本文对异构多核处理器（ARM+DSP）操作系统进行了研究,在异构多核平台上成功移植了嵌入式Linux和国产DSP实时操作系统ReWorks;为实现ReWorks与Linux操作系统协同处理,本文对核间通信的关键技术进行分析研究,并以TI公司的AM5718为例,设计了一系列多核异构通信组件.经测试,本文设计的异构通信组件实现了在ARM上对DSP核进行ReWorks操作系统和应用程序的动态加载、Linux与ReWorks核间消息收发、以及Linux与ReWorks的协同计算等功能.     

通过单地址空间提高微内核操作系统的效率

提出了一个提高微内核操作系统效率的方法,该方法通过在操作系统中实现单地址空间,操作系统内核程序和用户程序在一个处理抗状态下运行 ,以及复ｄａｐａｂｉｌｉｔｙ实施对资源的保护,使得当进程通过进程通信访问服务器提供的服务时,其代价将接近执行调用的代价,从而提高了微内核结构操作系统的改进。     

基于注册表的微内核模型管理服务系统的设计与实现

模型的有效管理及其共享服务是决策支持系统开发和应用中一直需要解决的问题。文中介绍了作者开发的基于注册表的微内核模型管理系统,并重点论述了在开发过程中解决的一些技术难点。该服务系统基于操作系统注册表以微内核机制向决策支持系统提供模型访问操作,非常适合于基于C／S模式的决策支持系统以及群决策支持系统的开发。     

面向基带处理的异构多核架构软硬件平台设计

通过研究现代通信系统集中化处理架构中基带处理单元(BB U)的特点,将异构多核处理器应用于BB U中,并提出将物理层算法与控制分离的观点.在ARM+DSP的异构多核中,ARM完成物理层控制,DSP完成物理层算法的功能,提升了BB U基带处理能力,并给出完整的BB U硬件架构以及功能实现.提出了一种应用于基带处理中的异构多核软件架构,从软件层面上实现了对底层硬件的虚拟化,引入了中间件的概念,屏蔽了ARM与DSP操作系统上的差异,并给出基于Linux的非对称系统(AMP)的构建及移植方法,包括异构多核的BootLoader、AMP系统的设计与移植.