一种新型的基于构件和微内核的设备驱动模型

论文首先从内核性能和安全性的角度分析驱动程序对微内核与单体内核的影响;然后讨论硬件抽象层对驱动抽象能力的影响以及与移植性及内核大小的关系;分析传统UNIX系列与Windows NT操作系统内核结构以及驱动模型优缺点;最后介绍一个构件化驱动模型的特点。该模型基于构件装配运行平台技术,运行在和欣2.0操作系统平台上。驱动模型底层是一个合适的硬件抽象层,方便移植,用户态程序可以灵活地调用驱动程序。     

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。     

各有千秋的操作系统微内核设计

微内核已成为今后操作系统设计中必然采用的一种形式。但是如何组织与微内核有关的各种操作系统服务却众说纷纭,莫衷一时。例如,如何设计设备驱动程序以获得最佳的性能而同时从硬件中抽象出各种设备功能?是在内核空间层运行非内核操作,还是在用户层运行这类操作?是保留现有的子系统代码(和UNIX的已有版本)呢,还是干脆抛弃一切从头做起?IBM、Microsoft、Novell/USI等厂商对这些都有自己的做法和充足的理由认为自己的方案是最佳的。下面我们就来分析它们各自的微内核设计。     

一种新型的构件化操作系统的内核设计

采用构件化模型是当前操作系统设计新的发展趋势.构件化操作系统设计的关键技术集中反映在其内核的设计与实现中.本文首先介绍已有的内核结构以及操作系统新的抽象--服务体/执行流模型(SEFM),进而介绍基于SEFM的构件化操作系统Minicore中内核(核心服务体)的设计技术.最后以实际的测试数据验证了所采用技术的有效性.     

基于灵活内核的构件化驱动程序

探讨了整体内核和微内核两种操作系统体系结构的优缺点，并基于嵌入式操作系统—和欣的灵活内核技术提出构件化驱动程序设计，主旨是使用ezCOM构件技术封装驱动程序，实现多种模式下调用驱动程序，从而部分有效地解决微内核与整体内核系统之间的矛盾．     

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。     

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.     

嵌入式实时操作系统内核混合代码的自动化验证框架

"如何构造高可信的软件系统"已成为学术界和工业界的研究热点.操作系统内核作为软件系统的基础组件，它的安全可靠是构造高可信软件系统的重要环节.为了确保操作系统内核的安全可靠，将形式化方法引入到操作系统内核验证中，提出了一个自动化验证操作系统内核的框架.该验证框架包括：（1）分别对C语言程序和混合语言程序（C语言和汇编语言）进行验证；（2）在混合语言程序验证中，为汇编程序建立抽象模型，并将C语言程序和抽象模型粘合形成基于C语言验证工具可接收的验证模型；（3）从规范中提取性质，基于该自动验证工具，对性质完成自动验证；（4）该框架不限于特定的硬件架构.成功地运用该验证框架对两种不同硬件平台的嵌入式实时操作系统内核μC/OS-II进行了验证.结果显示：利用该框架在对两个不同的硬件平台上内核验证时，框架的可重复利用率很高，高达到88%，虽然其抽象模型需要根据不同的硬件平台进行重构.在对基于这两种平台的操作系统内核验证中，分别发现了10~12处缺陷.其中，在ARM平台上两处与硬件相关的问题被发现.实验表明，该方法对不同硬件平台的同一个操作系统分析验证具有一定的通用性.     

一种支持可重构混成系统的操作系统设计与实现

可重构硬件和指令集处理器构成的混成系统兼有运算速度高和编程灵活的优点,是近年来学术界研究的热点.已有的面向该类系统的操作系统由于受到传统抽象模型的制约,不能充分发挥可重构硬件的优势.文中在分析该类系统对操作系统的需求和已有运行模型缺陷的基础上,提出了一种基于服务体/执行流模型的操作系统SEF-OSHRS.它具有统一的系统对象抽象和通信接口,并可支持控制流的直接转换,因而能充分发挥混成系统的优势.文中详细介绍了该操作系统的基本抽象、系统结构和运行方式,并通过实验结果说明了该系统的可用性和高效性.     

智能变电站实时操作系统微内核适用性的研究

智能变电站作为智能电网的重要支撑,随着智能电网建设而全面推进,智能变电站对智能设备（IED）的性能提出了更高的要求。面对这些需求,人们曾试图启用单一内核操作系统、微内核操作系统以及外核操作系统等众多结构的内核作为智能设备操作系统的核心,通过对比分析及机理研究,得出微内核操作系统最适合于智能变电站的应用需求,并给出了一种改进的微内核模型,其综合性能已通过实践检验。     

基于微内核的网络系统界面的实现

CONET V2.0是一种在微内核环境下实现的网络系统软件,由于微内核在系统构造方法上与传统的方法不同,所以该环境下的系统模块在实现上也具有其特殊之处.文章介绍了CONET V2.0的体系结构与实现思想,并着重阐述了作为该系统应用程序接口之一——SOCKET的设计与实现.     

基于服务体/执行流模型的MiniCore系统的容错设计

空间环境中的计算机系统要求高可靠性.针对存储受限的空间嵌入式实时系统,从内存可靠性和任务容错调度两个角度出发,提出了一种两级容错设计方案.该方案由系统级的周期性内存检错纠错机制和任务级的一种改进的主/副版本容错调度机制组成.方案的实验验证在一款基于服务体/执行流模型(SEFM)设计的嵌入式操作系统MiniCore中进行.加入两级容错机制后,内存数据准确性得到保证,MiniCore内核代码空间增加了约33%,时间性能指标略微下降,任务的执行成功率和调度质量显著增加.     

基于服务体/执行流模型的操作系统

介绍一种新的操作系统抽象模型——服务体/执行流模型(SEFM)。在该模型中,数据存储抽象与数据运算抽象相互分离,计算模型直接对应于物理CPU执行程序的过程。给出一个基于SEFM的操作系统——MiniCore的功能结构。该系统与其他主流操作系统进行比较测试的结果表明,MiniCore的同步消息通信与Linux管道通信相比效率高出3倍多,比Win98管道高出62倍多,MiniCore的网络通信效率与Linux相当。通过不同负载下视频解码播放的时延分布可以看出,MiniCore比Linux具有更好的实时性。     

微核心操作系统的结构对性能的影响

微核心操作系统是近些年出现的。它已成为操作系统的发展方向和趋势。微核心操作系统本身具有许多优点,但目前的一些微核心操作系统存在一个严重问题,即性能不佳。导致微核心操作系统性能不佳的主要原因是在实现微核心思想时所采用的系统结构和实现技术不尽合理。文中分析了在微核心操作系统的结构方面存在着哪些影响系统性能的因素,以及它们是如何影响系统性能的。这些因素是在微核心技术的研究工作中应该认真考虑的问题。     

基于构件的嵌入式操作系统开发平台的设计

目前已存在的嵌入式操作系统要么是一个商业化的系统,昂贵的版权费用限制了它的使用;要么是一体化的内核结构,针对具体硬件平台定制移植困难。该文将构件化的软件设计方法引入到嵌入式操作系统的开发中,设计了一个可配置、可移植、能灵活扩展的嵌入式操作系统开发平台。基于此平台,可以针对不同的硬件体系结构、不同的应用迅速搭建嵌入式操作系统,不仅能够有效地减少开发的工作量,同时也缩短了开发时间、降低了成本。     

面向服务的柔性迁移工作流停靠站设计

在迁移工作流系统中,停靠站服务器是迁移实例的运行支撑平台,必须能够支持多种支撑服务和应用服务的集成,适应运行环境和应用需求的动态变化。基于面向服务的概念,提出了一个可扩展、可定制和可重配置的停靠站服务器结构模型,描述了模型的体系结构和内核结构,讨论了服务组件的集成框架和组织模式,以及应用服务的部署模式等,并结合微内核和组件技术给出了参考实现方案。     

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．     

Workplace microkernel and OS: a case study

IBM's Microkernel, named Workplace OS microkernel,¹ was the core component of Workplace OS, a portable successor of OS/2. The basic premise of Workplace OS work was (1) IBM would adopt and improve the CMU Mach 3.0 microkernel for use on PDAs, the desktop, workstations, and massively parallel machines, and (2) that several operating system personalities would execute on the microkernel platform concurrently. This architecture would allow users to switch between applications written for different operating systems while IBM would also benefit by having one common platform for all product lines. The goals of the microkernel and the technical features of design are described in this paper. We also present lessons that may benefit future projects with similar goals. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

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