嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)微內(nèi)核通信機(jī)制的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、微內(nèi)核操作系統(tǒng)作為一種新的操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想已經(jīng)引起人們高度的關(guān)注。相比于傳統(tǒng)的宏內(nèi)核操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，微內(nèi)核采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，最大限度的減小了內(nèi)核的體積，提高了操作系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、靈活性、移植性、安全性以及可靠性。但是，正是由于微內(nèi)核操作系統(tǒng)的這種體系結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)必須要通過(guò)進(jìn)程間通信(IPC)機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。在第一代和第二代微內(nèi)核操作系統(tǒng)中采用的進(jìn)程間的通信機(jī)制，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了微內(nèi)核操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能要求，但是其低效的通信

2、機(jī)制還是成為了限制微內(nèi)核發(fā)展的瓶頸。
　　 本文對(duì)嵌入式實(shí)時(shí)微內(nèi)核操作系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度和進(jìn)程間通信機(jī)制進(jìn)行了研究，分析出現(xiàn)行的主流微內(nèi)核操作系統(tǒng)的進(jìn)程間通信機(jī)制普遍存在進(jìn)程調(diào)度、地址空間切換頻繁和消息復(fù)制次數(shù)過(guò)多的問(wèn)題，增加了系統(tǒng)的開(kāi)銷(xiāo)，嚴(yán)重影響了嵌入式實(shí)時(shí)微內(nèi)核操作系統(tǒng)的效率。
　　 在以上研究分析的基礎(chǔ)上，本文對(duì)嵌入式實(shí)時(shí)微內(nèi)核操作系統(tǒng)的通信機(jī)制進(jìn)行了改進(jìn)：(1)進(jìn)程調(diào)度。本文采用直接進(jìn)程切換和惰性調(diào)度相結(jié)合的方法，并

3、對(duì)直接進(jìn)程調(diào)度中的時(shí)間片分配方法進(jìn)行了改進(jìn)，不再采用時(shí)間片貢獻(xiàn)的方法，而使接收進(jìn)程獲得系統(tǒng)分配的時(shí)間片完成進(jìn)程調(diào)度。本方法避免了接收進(jìn)程被再次調(diào)度，從而提高了通信進(jìn)程的調(diào)度效率。(2)進(jìn)程間通信。本文提出了一種基于共享內(nèi)存的地址映射機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的通信。通過(guò)在內(nèi)核中建立一塊連續(xù)的共享內(nèi)存區(qū)域作為消息存放的地址，使得進(jìn)行通信的進(jìn)程可以通過(guò)映射機(jī)制獲得共享內(nèi)存的地址，進(jìn)而獲取消息，提高通信的效率。(3)多核間通信。基于多核架構(gòu)的內(nèi)核共享二

4、級(jí)緩存和內(nèi)存，利用這個(gè)特點(diǎn)，通過(guò)共享內(nèi)存實(shí)現(xiàn)一種改進(jìn)后的郵箱機(jī)制。這種郵箱機(jī)制與二級(jí)緩存相結(jié)合方法，使得處于不同內(nèi)核的進(jìn)程可以直接進(jìn)行通信，大大提高了核間通信的效率。本文改進(jìn)的通信機(jī)制在整體上提高了嵌入式實(shí)時(shí)微內(nèi)核操作系統(tǒng)的性能，滿足了人們對(duì)微內(nèi)核操作系統(tǒng)的基本要求。
　　 本文在MKOS嵌入式實(shí)時(shí)微內(nèi)核操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，依據(jù)本文設(shè)計(jì)的通信模型的原理，對(duì)MKOS系統(tǒng)中與通信機(jī)制相關(guān)的模塊進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)新的嵌入式實(shí)時(shí)微內(nèi)核操