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21世纪,计算机技术发展越来越快,对操作系统的研究也越来越深入,微内核技术作为一个重要的研究方向,已受到研究人员越来越多的重视,成为了一个研究热点。
本文首先介绍了微内核的相关概念,阐述了微内核的发展历史及技术结构,重点介绍了L4微内核的设计框架和技术特点,并深入阐述了它的三大组成部分,线程管理,地址空间和IPC机制。在以上研究的基础上,本文研究了微内核的调度策略,并分析了其中的不足之处。调度策略在操作系统中起着重要作用,为用户提供丰富的实时调度策略是一个完善系统应该做到的。而微内核由于追求最小化的设计原则,在内核里只实现了最基本的调度策略,用户需要在用户层实现自身的调度策略。另一方面,用户只能利用微内核提供的接口,获得调度信息,但内核提供的调用接口是有限,并且频繁调用系统调用,对系统的性能会造成比较大的影响。
在对L4微内核技术进行深入研究,并分析其调度技术上存在不足的基础上,本文提出了在用户层实现调度器的框架,并实现了优化,本文的主要设计和实现工作为以下三点:
第一,本文设计和实现了一种基于L4微内核上的两层调度框架,在用户层实现调度器,通过该框架,用户层调度器可以根据具体调度算法的需要,控制与L4微内核和应用线程的通信,获得内核系统资源信息,和应用线程调度信息,实现线程调度策略。该结构适合于用户层调度器获得分布的,多样化的,不同的调度信息。
第二,本文根据设计的框架,在用户层实现了两个调度器,一个是以EDF算法为基础的调度器,完全取代内核调度器,在用户层实现调度功能。另一个是辅助调度器,对内核的调度算法进行改进利用,主要调度功能的实现还是在内核中完成。
第三,本文改进了微内核一个系统调用接口,用户层调度器要经过这个调用接口进入内核修改线程调度信息,通过改进该接口,使得调度器通过这个接口进入内核的性能得到提高。