一种面向应用的微内核系统设计技术研究

论文摘要

今后的计算机系统会向“能力更强、无所不在”的趋势发展,逻辑上统一而物理上分散的分布式系统、嵌入式系统则是对这两个概念的最好诠释。这些不断涌现的要求各异的环境对操作系统的要求各不相同,如果用通用的操作系统来适应所有的这些环境,往往会带来效率和规模上的问题。在一个分布式系统中,其处理节点如果能够根据需求灵活地配置,则使整个系统能够向应用层提供更恰当的支持,如能够形成硬件的“即插即用”且相应的软件自动加载、安装和升级的能力,这对无人值守环境下的应用是非常有用的,另外,它还能够方便系统的搭建和系统性能的优化。因此关于面向应用系统的构建研究是分布式系统研究这个系统工程中的重要组成部分。本文首先讨论的内容有:计算机语言和硬件体系结构对操作系统设计的影响;操作系统的定义和结构;可扩展操作系统里会有哪些主要的设计问题和选择。面向应用系统的主要特色在于其可扩展和可定制,而这种扩展和定制必须动态地(运行时)完成。本文讨论了动态加载要用到的各种关键技术,并且以一个简单的链接器实验加以验证。面向应用的系统的可扩展和客户可定制能力主要从抽象的组织方式和抽象的实现方法上得到体现。在抽象的组织方式方面,本文全面地分析了微内核方法,并且对其重新建模,以获得更好的可扩展特性;其次,在操作系统抽象的实现方法上,由于其灵活性,决定采用已有的成果——超级抽象方法。在分析超级抽象方法的基础上,提出了机制/策略相分离的设计方法,提供更好的灵活性;并且针对超级抽象方法的一些问题,做了一点改进,实现了一种更为灵活的中断处理方式;最后,提出用动态加载来支持面向应用的特性的实现。关于面向应用系统的构建,是一个系统工程。本文的研究属于此系统工程的前期调研范畴,在分析已有成果并对其加以改进的基础上,讨论了怎样实现一个面向应用的系统,对面向应用系统构建的后续研究和设计有一定的指导价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.1.1 问题的提出
• 1.1.2 研究的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 系统结构
• 1.2.2 系统抽象的实现
• 1.3 本文研究的主要内容
• 1.4 本人的主要工作
• 1.5 本文的结构
• 2 关于操作系统的相关话题
• 2.1 操作系统技术基础
• 2.1.1 硬件体系结构及其对操作系统的影响
• 2.1.2 计算机语言及其对操作系统的影响
• 2.1.3 操作系统在计算机系统中的位置
• 2.2 什么是操作系统
• 2.2.1 操作系统作为虚拟机
• 2.2.2 操作系统作为资源管理器
• 2.3 操作系统的结构
• 2.3.1 整体式系统
• 2.3.2 层次式系统
• 2.3.3 虚拟机系统
• 2.3.4 客户—服务器系统
• 2.3.5 基于消息传递的操作系统
• 3 操作系统设计中的可扩展问题
• 3.1 可扩展系统的设计要点
• 3.1.1 可变性和扩展位置
• 3.1.2 信任度和扩展失败
• 3.1.3 扩展生命周期
• 3.1.4 扩展粒度
• 3.1.5 扩展冲突仲裁
• 3.2 可扩展系统实例研究
• 3.2.1 Exokernel
• 3.2.2 Mach
• 3.2.3 uChoices
• 3.2.4 SPIN
• 4 面向应用系统设计技术基础
• 4.1 链接
• 4.1.1 目标文件
• 4.1.2 链接技术
• 4.1.3 一个简单的链接器实现
• 4.2 加载
• 4.3 重定位技术
• 5 一种面向应用的微内核系统设计技术
• 5.1 微内核方法及其改进
• 5.1.1 微内核概念的提出及发展
• 5.1.2 微内核方法存在的问题
• 5.1.3 微内核模型的改进
• 5.2 超级抽象方法及其改进
• 5.2.1 用超级抽象实现额外的抽象层
• 5.2.2 超级抽象方法下的机制/策略分离实现
• 5.2.3 超级抽象方法下的微核心模型
• 5.2.4 超级抽象方法的改进
• 5.3 用动态加载实现面向应用系统
• 6 结论及不足
• 6.1 论文的研究成果及总结
• 6.2 不足之处及进一步的工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 独创性声明
• 学位论文版权使用授权书