VTOS微内核操作系统线程机制研究

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1、南京大学硕士学位论文VTOS微内核操作系统线程机制研究DissertationSubmittedtoNanjingUniversityfortheMasterdegreeResearchonMechanismofThreadofU—KernelOperatingSystemVTOSMasterCandidate：LuLiangSupervisor：Prof．HuangHaoMajor：ComputerSoftwareandTheorySpeciality：InformationSecurityDepartmentofC

2、omputerScienceandTechnology,NanjingUniversity1June，20112南京大学硕士学位论文WOS微内核操作系统线程机制研究f㈣燃Y237芝岁§攀摘要操作系统是最基础的计算机软件之一，其可靠性、安全性、性能等对于整个系统的正常高效运转至关重要。操作系统的架构可以是宏内核的，也可以是微内核的。相比于宏内核操作系统，微内核架构的操作系统主要具有这些特点：内核小，系统服务以用户程序的方式提供，策略与机制的有效分离，服务之间的故障隔离。但微内核架构系统中的地址空间切换相对较多，在一定程度

3、是影响了性能。随着多核处理器平台的应用越来越普遍，内核级线程技术方面的研究再次成为热点，因为它能够使得多线程应用程序充分利用底层处理器硬件的并行性而提高自己工作任务并发性，从而提升程序的性能。本文的VTOS操作系统是微内核架构的，它是在Minix3．1．1的基础上再次开发而得的。VTOS的微内核架构保证了整个系统的可靠性与安全性，但由于其不支持内核级线程机制，从而使用它在多核平台上不会给应用程序带来真正意义上的并行性。本文分析了Mach、L4等系统的线程机制的设计，设计并实现了VTOS的内核级线程机制，并且以一对一的线

4、程模式设计实现了VTOS用户级线程库，从而为在VTOS上高效地运行多线程应用程序提供了基础条件。鉴于以上的分析，本文的研究内容主要包括以下几点：1、VTOS内核级线程机制的总体结构设计，尽量做了策略与机制的分离，从而增强系统的灵活性与可扩展性；2、采用对象模型的方式对线程机制进行说明，并给出相关的安全属性描述，从而为今后的形式化验证提供一些基础思路；3、尽量减少系统中的地址空间切换次数，从而提升系统的性能，这方面的研究主要是从内核级线程调度的角度进行考虑的；4、对VTOS内核级线程机制的功能进行封装，提供用户级线程库，

5、实现一对一的线程模式。关键词微内核；内核级线程；对象模型；调度；同步互斥；性能南京大学硕士学位论文V'l'05微内核操作系统线程机制研究ABSTRACTOperatingsystemisoneofthebasicsoftwaresystems，anditsreliability，security，andperformanceplayavitalroleintheoperationofthewholecomputersystem．Monolithickernelandmicrokernelaretwocommonarch

6、itecturesintheconstructionofanoperatingsystem．Comparedwiththeoperatingsystemusingmonolithickernelarchitecture，theoperatingsystemusingmicrokemelarchitecturehasmanydistinguishedcharacteristics：smallerkernel，systemservicesareprovidedbysomeuser-modeprograms，policies

7、areindependentwithmechanisms，faultsinoneservicewillnotaffecttheotherservices．Buttheamountofswitchbetweendifferentaddressspacesinmicrokerneloperatingsystemismoreoftenthanthatinmonolithickerneloperatingsystem，whichleadstotheoverheadofperformance。Withthemulti—corep

8、rocessorbecomesmoreandmoreprevalent，manyresearchersarededicatedtothestudyofmechanismofmulti—threading,becauseaprogramwithmultiplethreadscanusetheunderlyingprocessorto