基于嵌入式linux的内核线程库KTH的设计与实现

论文摘要

Linux 作为一款优秀的免费操作系统,有着其独特的优势。近年来已得到国内外通讯设备制造商的高度重视,并已开发出基于嵌入式Linux 的通讯设备与智能手机终端。经过长期的发展,Linux 已经具备在大型通讯设备中使用的条件,开展对嵌入式Linux 的研究与应用,对于降低产品成本、提高产品质量具有重要的战略意义。本论文详细分析了嵌入式系统的基本概念,系统地介绍了linux 用作嵌入式操作系统所具有的实时支持,网络支持,GUI 支持等特点,并深入地研究了嵌入式Linux 内核机制,认为在嵌入式Linux 中,应用程序经常使用的系统调用涉及到用户态和内核态的切换,这样会增加系统开销,影响系统性能。在上述基础上,本论文提出了在linux 内核态中建立内核线程库KTH,实现应用程序的内核化,并阐述了内核线程库所要达到的功能、性能,提出了KTH的体系结构,然后详细介绍和分析了本人所完成的各KTH 模块的设计和实现,以及在设计和实现过程中所采用的主要数据结构、主要算法及函数流程。最后分别以线程处理速度、信号量处理速度两方面对本KTH 进行了测试。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 攻读学位期间完成的主要工作
• 1.3 论文章节安排
• 第二章 嵌入式系统概述
• 2.1 嵌入式系统的定义
• 2.2 嵌入式系统的发展历程
• 2.3 嵌入式系统的特点
• 2.4 嵌入式系统的应用领域
• 2.5 嵌入式系统的发展趋势
• 第三章 嵌入式linux 系统概述
• 3.1 Linux 的历史和现状
• 3.2 linux 用作嵌入式操作系统
• 3.2.1 嵌入式处理器支持
• 3.2.2 实时支持
• 3.2.3 网络支持
• 3.2.4 GUI 开发支持
• 3.2.5 使用成本低
• 3.2.6 文档完善
• 3.3 小结
• 第四章 KTH 系统的设计
• 4.1 需求分析
• 4.1.1 功能需求
• 4.1.2 性能需求
• 4.1.3 属性需求
• 4.2 体系结构
• 4.2.1 线程管理子模块
• 4.2.3 对象管理子模块
• 4.2.4 信号量管理子模块
• 4.2.5 内存管理子模块
• 4.2.6 日志管理子模块
• 4.2.7 Shell 子模块
• 第五章 KTH 模块的设计与实现
• 5.1 KTH 库的初始化
• 5.2 线程管理子模块
• 5.2.1 主要思想
• 5.2.2 线程管理初始化
• 5.2.3 主线程处理
• 5.2.4 线程创建
• 5.2.5 线程中止
• 5.2.6 线程挂起
• 5.2.7 线程唤醒
• 5.2.8 等待指定线程结束
• 5.2.9 线程调度参数的设定和获取
• 5.2.10 线程本地存储的设定和获取
• 5.2.11 线程延迟
• 5.2.12 线程管理退出
• 5.3 对象管理子模块
• 5.3.1 主要思想
• 5.3.2 对象申请
• 5.3.3 对象释放
• 5.3.4 对象遍历
• 5.4 信号量管理子模块
• 5.4.1 主要思想
• 5.4.2 B 信号量
• 5.4.3 C 信号量
• 5.4.4 优先级继承协议PIP
• 5.4.5 M 信号量
• 5.5 内存管理子模块
• 5.5.1 内存管理的结构
• 5.5.2 内存模块初始化
• 5.5.3 内存分配
• 5.5.4 内存释放
• 5.5.5 内存回收
• 5.5.6 查看内存分配情况
• 5.6 日志管理子模块
• 5.6.1 主要实现思想
• 5.6.2 日志信息的产生
• 5.6.3 日志信息的过滤
• 5.6.4 日志的处理
• 5.7 Shell 子模块
• 5.7.1 Shell 的处理流程
• 5.8 KTH 库的退出
• 第六章 KTH 的测试
• 6.1 测试内容
• 6.2 测试环境
• 6.3 测试方法
• 6.3.1 线程的创建和删除测试
• 6.3.2 等待线程结束测试
• 6.3.3 强制线程结束
• 6.3.4 线程的挂起和唤醒
• 6.3.5 动态改变KTH 线程的优先级
• 6.3.6 获取KTH 线程的调度参数
• 6.3.7 杀死所有的KTH 线程
• 6.3.8 延迟当前线程
• 6.3.9 信号量相关操作测试
• 6.3.10 线程切换的时间
• 6.3.11 测试创建和删除线程的时间
• 6.3.12 测试挂起线程（SUSPEND）的时间
• 6.3.13 测试恢复运行线程（RESUME）的时间
• 6.3.14 测试创建信号量的时间
• 6.3.15 测试删除信号量的时间
• 6.3.16 测试获取信号量的时间（信号量可用）
• 6.3.17 测试获取信号量的时间（信号量不可用）
• 6.3.18 测试释放信号量的时间（信号量等待队列不为空）
• 6.3.19 测试释放信号量的时间（信号量等待队列为空）
• 6.3.20 长时间创建极限个线程再删除
• 6.3.21 长时间创建极限个信号量再删除
• 6.3.22 长时间测试极限个线程运行中防止优先级反转的表现
• 6.4 测试结果记录
• 第七章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历