随着计算技术的逐步发展，一种新的计算模式——普适计算，正从学术研究逐渐走向实际应用。普适计算环境中，各种嵌入的、移动的和固定的计算/传感设备存在于看得见或者看不见的每一个角落。操作系统作为计算机系统中最重要的系统软件，在这些设备的软硬件资源管理中发挥着重要作用，同时还为用户提供友好易用的人机交互界面。普适计算的概念虽已提出十余年，但是还存在较多的问题需要进一步探索和研究。特别是支撑软件方面，对操作系统的研究还相对薄弱，缺乏上下文感知能力、自适应能力、可靠性与可维护性支持等，需要研究和开发新型的操作系统支持这些应用。移动设备是普适计算环境中典型的智能设备，其处理能力介于个人电脑和各种小型嵌入式处理器之间，对普适计算的各种特点体现的最充分，因此研究支撑其工作的操作系统关键技术，具有重要的意义。本论文从调度性、可靠性及可配置性三个方面对普适计算环境下支持移动设备的操作系统关键技术进行研究，所做的工作和创新点有以下几个方面：1．在研究和分析了普适计算环境下移动设备的计算要求后，提出了Ubi-OS的系统框架，并增添或改进了中断调度、网络调度、可重构计算支持和在线软件维护等模块功能。此外，还开发了能量有效的FLASH文件系统、实时内存管理和基于优先级的任务加权时间片调度等功能。操作系统采用微内核结构，其他模块如进程同步与通信和设备管理等直接使用了COTS(Commercial Off The Shelf)操作系统的相应功能，保证了功能模块的性能和稳定性。2．提出了支持系统可靠性和交互性的中断管理新方法。中断是操作系统与外界交互的重要方式之一，中断管理的效果影响着系统的可靠性和实时性等性能。我们为中断管理增加了中断共享与中断调度功能。中断共享帮助移动设备在硬件资源有限的情况下，使用更多的外部功能部件。我们提出LEDF算法对中断进行调度，有效减少中断频繁情况下的中断超时现象，并具有较小的调度开销。3．针对移动设备在移动时面临复杂的网络环境，服务的数据流传输需要根据上下文需要，从一个网络迁移到另一个网络。本文提出了操作系统下的网络调度机制及其调度算法，并对数据无缝迁移进行研究。4．针对目前可重构系统中硬件任务布局算法的不足，提出了TVIA算法。该算法从KVIT算法发展而来，通过支持任务变形及增加合理的数据结构，提高了算法的速度和布局的成功率。新任务放置在已有任务的顶点处使得任务布局位置相邻，减小了空间浪费，提高了芯片利用率。提出了硬件任务配置重用的五种策略，从不同角度提高配置重用命中率。通过配置重用，可以减少任务的配置时间，大大提高了系统性能。提出了基于配置重用的最早最迟开始时间优先的调度算法R-ELSTF。该算法的布局器采用TVIA算法，调度质量高于已有算法，运行开销小，同时支持实时和非实时两种情况。5．针对移动设备资源有限，却要在不同的场景和不同的上下文中提供不同的服务，需要运行众多软件的问题，为了解决软件与资源的矛盾，我们提出了软件在线维护方法。设计了维护系统的总体框架，层次和具体方法，可以支持操作系统和其上任务动态的维护和升级。在以上研究的基础上，本文研究并实现了中断调度算法、操作系统网络调度的框架及结构、硬件任务的布局算法、硬件任务配置重用策略、硬件任务实时调度算法以及自适应在线软件维护模型和方法，并进行了相关实验。实验结果验证了本文从可靠性、调度性和可配置性三个方面所提出的支持移动设备的普适操作系统的关键技术，可以提高系统的适应性、智能性、效率和可靠性，同时降低应用软件设计的复杂性。