一种新型的构件化操作系统的内核设计

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1、万方数据小型微型计算机系统JournalofChineseComputerSystems2009年1月第1期V01．30No．12009一种新型的构件化操作系统的内核设计龚育昌，张晔，李曦，陈香兰(中国科学技术大学计算机科学技术系，安徽合肥230027)E—mail：yzhan937@mail．ustc．edu。cn摘要：采用构件化模型是当前操作系统设计新的发展趋势．构件化操作系统设计的关键技术集中反映在其内核的设计与实现中．本文首先介绍已有的内核结构以及操作系统新的抽象——服务体／执行流模型(SEFM)，进而介绍基于SEFM的构

2、件化操作系统Minicore中内核(核心服务体)的设计技术．最后以实际的测试数据验证了所采用技术的有效性．关键词：构件化操作系统；服务体／执行流模型(SEFM)；内核／核心服务体；服务体间通信；端口中图分类号：TP316文献标识码：A文章编号：1000—1220(2009)01—0001—07KernelDesignofaNovelComponentBasedOperatingSystemGONGYu—chang，ZHANGYe，LIXi，CHENXiang—lan(DepartmentofComputerScienceandTe

3、chnology，UniversityofScienceandTechnologyofChina．Hefei230027，China)Abstract：AdaptingcomponentbasedmodelhasbecomeaFlewtendencytodesignoperatingsystem．Forcomponentbasedoper—atingsystem。thekeyconstructingtechniquesconstrictivelyexpressthemselvesonthedesignandimplementati

4、onoftheker—nel．InthispaperabriefintroductionofavailablekernelstructureforoperatingsystemandServant／Exe—FlowModel(SEFM)一anewabstractionofoperatingsystem．Thenthedesigntechniquesofthekernel(kernelservant)foratypicalcom-ponentbasedoperatingsystemMinicorearepresentedindeta

5、il．Finally，asetoftestdataaregiventoshowtheeffectivenessofthetechniquespresented．Keywords：componentbasedoperatingsystem；servant／exe—fk)wmodel(SEFM)；kernel／kernelservant；inter—servantcom—munication；port1引言操作系统将计算机系统的各种功能抽象给上层应用，其内核定义了对系统的编程接口，实现了系统模型的抽象．内核的设计方案决定着整个计算机系

6、统的效率和健壮性．当前流行的操作系统内核都是基于进程／线程模型的，其中又分为单内核和微内核两种结构．单内核结构注重效率，将大量操作系统功能在内核中实现(如Linux[1]、WindowsE21)，使用基本的模块化设计方式，即根据各种功能划分为不同的模块，模块之间使用直接的函数调用．这种结构的优点是效率很高，缺点是灵活性不足．随着内核功能的增多，各模块之间的耦合度越来越高，牵一发而动全身，对内核裁剪和维护带来很大困难．微内核模型则注重系统结构性，将大量的内核功能以用户态服务进程的方式实现(如MachE3])，只留下一个功能简单、非常

7、精致的内核以实现进程／线程模型抽象．这种内核结构降低了各个模块之间的耦合度，极大地提高了系统的灵活度，但是模块之间频繁的进程间通信(IPC)严重降低了系统的效率‘“．针对单内核和微内核各自的优点，当前在操作系统的设计中经常采用对单内核和微内核结构进行折衷的混合结构，即根据具体应用的需求决定了将哪些功能放在内核中实现，哪些功能以服务进程的方式实现．但这种简单的折衷无法适应应用多样性的需求，或多或少的保留了单内核与微内核结构各自的缺点．近年来出现了一种新型的构件化操作系统[s]，这种操作系统(包括内核)的各个组成部分都以构件的形式来实

8、现，每个构件都是可被独立部署的单元，具备一定的功能和明确的接口，即强调构件的独立性，以增强操作系统的灵活性．已有的一些构件化操作系统(如和欣[6])虽然实现了构件的组织方式，但是仍然采用进程／线程的运行方式．于是构件要么处于同一进程中，则可能相互影