Java虚拟机上实时系统的研究与实现

论文摘要

随着Java在开发中的广泛应用,关于实时Java的研究已经开始。虽然Java进程委员会(JCP)已经收到了实时Java的规范请求(JSR1),并且已经有很多公司开展了相关的研究,但是一方面由于工作量很大,现有的RT JVM还没有实现对所有Java类库的改造:另一方面,可供选择的平台比较少。比如:如果要使用较著名的TimeSys Refimp虚拟机的全部功能,操作系统需要使用TimeSys公司的Realtime Linux:TimeSys Linux。虽然它也能在通用的Linux上运行,但需要损失一些特性。所以,在良好的语言工具出现之前,实现高水平面向对象的实时编程的方法是提供抽象的应用接口(API)。 本文基于这种思想,在Windows操作系统平台的Java虚拟机上实现了一个包括实时线程类、实时信号量类、实时互斥量类等多种资源的实时类库,通过封装调度点相关函数来支持固定优先级的抢占式调度,并且模拟实现了多种系统资源,在现有JVM上实现了实时系统的特性。在此基础之上,本文分析了几种经典的实时调度算法,并结合Java语言本身的特点给出了它们在JVM上的实现方法。然后,本文给出了两种优先级翻转问题经典解决方法的Java语言实现。最后对本文完成的实时类库进行了测试。 利用这种方法,首先可以在Java虚拟机上实现实时特性,提供实时服务。其次,使实时应用程序脱离底层操作系统的束缚,有利于项目的开发、测试、移植。最后,利用Java语言编写实时类库,可以很容易地进行操作系统级的定制,比如选择不同的调度算法,采用不同的方法防止优先级翻转等等。综上所述,使用实时类库是当前利用Java语言进行实时系统开发比较合理、方便的一种方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 1 绪论
• 1.1 背景描述
• 1.2 课题的意义和概述
• 1.3 课题的主要研究内容
• 1.4 文章的组织
• 2 Java虚拟机上实时系统的实现方法
• 2.1 Java虚拟机的相关概念及其线程调度模式
• 2.1.1 Java虚拟机的体系结构
• 2.1.2 Java虚拟机的运行过程
• 2.1.3 Java虚拟机的线程模型
• 2.2 实时系统的相关概念
• 2.2.1 实时系统概述
• 2.2.2 实时系统的分类
• 2.2.3 实时应用软件概述
• 2.3 Java虚拟机上实时系统的实现方法
• 2.3.1 Java实时线程类的创建和销毁
• 2.3.2 Java实时线程类的睡眠机制
• 2.3.3 Java实时互斥量类的实现
• 3 Java虚拟机上实时调度算法的研究
• 3.1 实时调度的分类
• 3.2 现有调度算法的分析及其在Java虚拟机上的实现
• 3.2.1 RM调度算法在Java虚拟机上的实现
• 3.2.2 DM调度算法在Java虚拟机上的实现
• 3.2.3 EDF调度算法在 Java虚拟机上的实现
• 3.2.4 MLLF调度算法在 Java虚拟机上的实现
• 3.2.5 DVDF调度算法在 Java虚拟机上的实现
• 4 Java虚拟机上防止优先级翻转方法的研究和实现
• 4.1 优先级翻转问题的提出
• 4.2 优先级翻转的解决方法
• 4.3 Java虚拟机上避免优先级翻转的方法
• 5 Java虚拟机上实时系统的测试
• 5.1 系统反应时间以及抢占试调度的测试
• 5.2 互斥量申请以及释放的测试
• 5.3 信号量申请以及释放的测试
• 6 结论与展望
• 6.1 本课题研究的结论
• 6.2 本课题下一步研究的方向
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
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