可生存性嵌入式OS的内存管理技术研究与实现

论文摘要

在安全关键系统中,对嵌入式系统持续提供正确服务的要求越来越高。传统的保障手段如安全性、可靠性等已不能满足要求。针对越来越高的需求,将可生存性引入嵌入式系统的设计中显得尤其重要。目前,国内外对可生存性的研究刚刚起步,而嵌入式领域的生存性研究就更少了。因此,研究可生存性嵌入式系统具有重要意义。本文首先对可生性的定义、属性以及开发方法进行了研究。然后进一步对可生存性进行了理论研究。在理论研究的基础上,提出了保障系统可生存能力的依据,同时指出对资源尤其是对内存资源进行有效管理是提高系统可生存能力的一条重要途径。根据上面的研究,对可生存嵌入式系统模型进行了描述,划分了整个系统的模块结构。然后根据系统模型的架构,阐释了内存管理模块与可生存系统中各个保障模块的关系,并对内存管理模块做出了需求分析。然而,在传统嵌入式系统的内存管理中,由于受实时性和资源的限制,不能为嵌入式系统的可生存能力提供保障,即不满足需求分析中的要求。针对这些缺陷,本文进一步研究了满足这些需求所需的技术策略,采用了相应的技术解决方案并设计了新的内存管理模块体系结构。按照可生存性属性的要求,在新内存管理模块中,加入了内存保护模块、关键数据冗余编码存储以及内存泄漏检测和处理模块。可生存内存管理模块的实现能进一步为上一层的可生存性保障模块提供支持。最后,本文通过论述和测试证明了该内存管理模块能够对系统提供可生存性保障。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 概述
• 1.2 可生存性概述与研究现状
• 1.3 嵌入式OS概述与研究现状
• 1.4 嵌入式内存管理概述与研究现状
• 1.5 论文的研究背景和内容
• 1.6 论文的组织结构
• 第二章 系统可生存性研究
• 2.1 可生存性定义研究
• 2.2 可生存性主要属性
• 2.3 可生存性实现方法研究
• 2.3.1 二次开发
• 2.3.2 重新设计
• 2.3.3 两种可生存实现方法的对比分析
• 2.4 可生存性理论推导
• 2.5 模型描述
• 2.6 小结
• 第三章 嵌入式OS与内存管理
• 3.1 嵌入式OS体系结构与功能
• 3.1.1 体系结构分类
• 3.1.2 功能和特点
• 3.2 嵌入式内存管理
• 3.2.1 存储器概述
• 3.2.2 内存管理需求
• 3.2.3 内存分区
• 3.3 小结
• 第四章 可生存内存管理模块的设计
• 4.1 可生存内存管理需求分析
• 4.2 可生存内存管理模块设计
• 4.3 内存保护模块的设计
• 4.3.1 概述
• 4.3.2 内存保护的内容
• 4.3.3 内存保护的设计思想
• 4.4 关键数据冗余存储模块的设计
• 4.4.1 概述
• 4.4.2 关键数据冗余存储模块的设计思想
• 4.5 内存泄漏处理模块的设计
• 4.5.1 概述
• 4.5.2 内存泄漏的检测
• 4.5.3 动态内存泄漏检测触发条件
• 4.5.4 内存泄漏检测设计思想
• 4.5.5 内存泄漏处理的设计思想
• 4.6 小结
• 第五章 可生存内存管理模块的实现
• 5.1 模块实现的平台概述
• 5.1.1 uClinux概述
• 5.1.2 uClinux内存管理模块概述
• 5.2 内存保护模块的实现
• 5.2.1 内存保护模块可移植性的实现
• 5.2.2 相关数据结构
• 5.2.3 相关函数接口
• 5.2.4 内存空间保护的实现
• 5.3 关键数据冗余存储模块的实现
• 5.3.1 关键数据冗余区的划分
• 5.3.2 冗余关键数据存储流程
• 5.3.3 冗余数据编码
• 5.3.4 相关函数接口
• 5.4 内存泄漏检测与处理模块的实现
• 5.4.1 结构设计
• 5.4.2 相关数据结构
• 5.4.3 相关函数接口
• 5.4.4 内存泄漏检测与处理的实现
• 5.5 小结
• 第六章 测试
• 6.1 测试平台
• 6.1.1 硬件平台
• 6.1.2 软件平台
• 6.2 功能测试
• 6.2.1 内存保护功能测试
• 6.2.2 关键数据冗余编码存储功能测试
• 6.2.3 内存泄漏检测与处理功能测试
• 6.3 小结
• 第七章 结论
• 7.1 论文工作总结
• 7.2 论文特色
• 7.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间研究成果