一种面向应用的微内核系统设计技术研究

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。