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分布式操作系统论文摘要范文分布式操作系统论文摘要写 随着编程范型(Programming Paradigm)、分布式计算(Distributed Computing)以及业务计算(Business Computing)这三个领域的技术发展,面向服务的体系结构SOA(Service-Oriented Architecture)和面向服务的计算SOC(Service-OrientedComputing)得到了学界和业界广泛的关注和发展.SOA提出了一种松耦合的、基于服务来组织计算资源的软件系统架构风格. 目前,在分布式计算领域,诸如分布式计算环境DCE、公共对象请求*体系结构CORBA、分布式对象组件模型D、EJBJ2EE以及Web服务等都正在朝基于“服务”的方向实现跨架构和跨企业的业务集成,以求使得各种异构系统能够在统一的“服务”平台上实现互操作(interoperation),也使得各遗留系统(Legacy System)可以继续得到应用,但是目前尚没有出现能够有效支持面向服务的操作系统. 本论文首先针对现有SOA应用的体系结构进行了分析.分析表明,目前“服务”抽象是在SOA应用体系结构中较为中间的层次实现的,其底层却仍然依赖于传统的进程线程抽象,不能直接有效地支持基于SOA的应用.针对这一现象,本论文提出如下问题：能否使操作系统或者分布式操作系统直接以“面向服务”这个统一的概念来实现它们之间或者与已有的分布式计算系统之间的互操作针对这个问题,本论文对建立一种面向服务的分布式操作系统进行了系统、深入的研究与实践. 建立面向服务的操作系统(无论是单机操作系统还是分布式操作系统)最关键也是最基本的问题是要给出服务在操作系统级上的抽象.本论文将服务的概念引入操作系统的基本抽象中,对本实验室提出的服务体执行流模型进行了概念上的扩展,并依此提出了面向服务的操作系统的基本结构.在扩展后的服务体执行流模型中,服务体是服务的载体,端口是服务通信和访问的接口,而小端口则是服务的实例. 对于面向服务的分布式操作系统SODOS,本论文对如下几个方面的关键技术进行了深入的研究与探讨,主要包括SODOS的体系结构、具有单一系统映像的服务界面、服务的发布、远程服务请求的*、命名和名字服务、多执行流调度、服务副本和服务实例迁移以及一致性维护等. 从面向服务应用的需求看,除了要有一个面向服务的分布式操作系统来提供服务的发布与发现以及服务通信之外,还必须为SOA应用提供基础服务的部署方案,并为它提供服务组合路径优化方法.然而在这两个方面现有的研究大多是针对大规模网络的,如Inter、服务网格以及服务覆盖网络等,而不是针对局部密集服务环境的.在局部密集服务环境中,无论是服务部署还是服务通信,其系统特征都有别于上述大规模网络.据此,本论文对服务的部署和服务组合的路径优化问题分别进行了深入研究,提出了相应的算法并进行了模拟实验. 本论文研究中所做出的新贡献如下： 1)首次将“服务”这一概念引入到操作系统的基本抽象中,并对服务体执行流模型SEFM进行了概念上的扩展,使其能够有效支持面向服务的计算, 2)首次提出面向服务的分布式操作系统的概念,并对此进行了总体设计,深入研究了其中的透明的远程服务请求技术、位置无关的服务命名方法、名字空间的组织与管理等关键技术,并给出了解决方案, 3)针对局部密集服务环境下所特有的服务局部分布特性和密集分布特性,本论文提出了一种静态的服务部署方法,该方法依次考虑了网络流量最小化、负载平衡以及服务最小分布这三个约束条件. 4)针对局域分布式系统中节点间通信距离近似相等的特征,本文提出了一种服务组合路径优化算法.与大规模网络环境下不同,在局部密集环境中,服务组合路径的长度不再大于成员服务的个数,为此引入了两个新的参数来调整服务节点的选择,从而减少了服务路径的长度,进一步降低了系统的网络流量. 针对多片TMS320C64 DSP构成的多计算机体系结构的实时图像识别系统,设计并实现了面向并行图像处理的实时 分布式操作系统PIPORTDOS(Parallel image processing-oriented real-time distributed operating system)PIPORTDOS基于徽 内核体系结构,包括硬件抽象层、系统核心层、分布式消息通信机制和系统服务层四个层次其多任务内核实现了基于优先级的 抢先式调度、任务间的同步和通信原语、实时的中断处理以及面向应用的缓存管理机制为了实现对分布式并行图像处理的支 持PIPORTDOS采用了基于消息传递(Message Passing)的方式,并在实现中充分考虑了上层图像处理算法的应用需求以及 DSP的硬件功能相关性能指标表明,本文设计实现的PIPORTDOS完全可以满足系统的强实时性要求,在功能上也能适应算 法对不同并行结构的需求 NoC(Networks on Chip,片上网络)最早是在SoC(System on Chip,片上系统)的研究过程中被提出来的.NoC往往被用作SoC芯片上的通信基础,具有*化的、应用驱动的结构,其数据是以网络包的形式发送的.同时随着集成度的提高,CMP(Chip-Multiprocessors,片上多处理器)芯片也需要片上通信,其通信的解决方式也需要使用NoC.CMP芯片通常用作通用处理器,而SoC主要用于*环境. 在基于NoC的CMP芯片上,需要以通用操作系统作为基础平台,才能发挥NoC与CMP技术的优势.但是目前还较少有这样的操作系统出现,其主要的障碍就是芯片上处理器内存访问的瓶颈问题每一个片上处理器都会各自引发内存访问,从而使内存成为各个处理器竞争的资源,内存访问需要大量的仲裁,使得整个系统的性能由于内存而降低.要建立片上通用操作系统,这个问题是亟待解决的. 分析表明,内存瓶颈问题是解决所有问题的基础,因此本文提出了网络化内存的概念以解决内存瓶颈问题.网络化内存将内存块以片上网络的形式连接起来,并且提供多重通信通道与NoC芯片连接,从而消除了内存总线.处理器的内存访问以网络包的形式发送和接收. 在网络化内存为硬件的基础上,本文根据NoC芯片的特性,提出了NoC片上分布式通用操作系统的概念.在此基础上,本文完成了NoC片上分布式通用操作系统的设计,它包括IPC(Inter-process Communication,进程间通信)模块、内存管理模块、调度模块、系统服务模块和设备管理模块. 通过软件模拟实验,本文验证了网络化内存多通道化的必然性,结果表明,增加1倍的内存通道,在有效范围内,可以使内存访问的延时降到原来的18%-46%,并对比了片上通信和通过内存通信之间的性能区别,片上通信的访问延时为内存的33%-50%.实验验证了本文的理论基础. 综上所述,本文提出的以网络化内存为基础的NoC片上分布式操作系统能够有效的利用NoC芯片的分布式和片上通信优势,在片上通用操作系统的研究方面做出了很好的尝试. 文章详细介绍了分布式操作系统的特点、结构和设计观点. 一个分布式操作系统应该包括网络上的所有计算机,这是拥有一个分布式处理系统的必要条件在一个分布式环境下,合作进程通过消息的传递进行通信咽为需要访问分布在整个网络中的所有资源,所以一个好的通信机制相当重要本文主要介绍三种通信机制：消息传递、远程过程调用和事务 本文主要工作就是研究了基于第二代微内核的分布式操作系统E1. 本文首先讨论微内核关于内核尺寸的两个问题与第一代微内核在设计上不足.表明基于第二代微内核的系统能够具有很好的性能.然后对比研究了两个微内核Exokernel&,L4.结果表明,L4微内核以其精简的两个核心概念线程和地址空间,能够提供很好系统扩展机制并且扩展后的系统具有很好的模块性.同时也是回答了E1为什么选择第二代微内核中的L4作为系统内核. 由于E1是一种分布式操作系统,所以本文也研究了基于第一代微内核的分布式操作系统的三个成功系统Amoeba、Mach、Chorus,并且从六个方面进行了比较.为研究E1的架构设计奠定基础. 随后在以上比较研究的基础上着重对E1的构架设计进行了深入的研究.在研究了E1的架构设计的基础上,给出了分布式对象的实现和其他重要系统概念的实现,并总结了几点架构设计上的经验. 多核系统资源分布的全局复杂性给资源管理和利用带来困难,利用多核操作系统管理全局资源能有效提高系统资源利用率,因此对多核操作系统进行研究具有重要意义.本文使用非均衡模式设计多核分布式操作系统,需要解决节点间通信和系统资源利用的问题.为解决通信问题,本文移植了实验室已有的兼容于MPI的消息库,节点间通信通过应用层、消息层和硬件抽象层中的功能模块完成.本文工作的主要目标是为用户透明使用多核系统资源提供支持,为此实现了运行时调度功能,以及基于运行时调度结果的并行应用执行. 主控节点实现了资源统计和运行时调度功能.统计模块建立多个接收进程实现资源信息的收集,通过使用共享内存创建资源池以实现全局资源信息存储.在此基础上采用动态任务调度技术,在程序执行时进行任务调度和分派,以当前可用系统资源信息为依据,将并行任务分配到运算节点上执行,从而有效提高系统资源利用效率以及应用加速比.此外,为保证可扩展性,统计模块在读入网络配置文件后将自动建立统计环境,实时地为动态任务调度提供与运算节点通信所需的映射文件. 运算节点提供了扩展层功能,通过接收主控节点发送的配置信息,运算节点只统计所需信息项.通过在系统初始化时设置映射信息,资源统计任务和加载任务能够在不同网络规模下与主控节点完成通信从而保证系统的可扩展性.为支持运行时调度,运算节点接收主控节点以消息的形式传递的调度映射结果,使用分页机制为并行任务分配存储调度信息的私有空间,并通过参数传递将调度结果等信息传递给并行任务,从而保证各并行任务正确执行当前功能. 主控节点和运算节点协作完成并行应用的调度、分发、任务建立和执行,实现了运行时调度和执行并行应用的功能,为有效利用系统资源提供了支持.最后,在多核仿真平台上,通过执行并行应用对分布式多核操作系统进行了验证,验证结果表明该多核操作系统能够正确地执行基于MMPI的并行应用程序,测试了一个并行应用执行过程中调度、分发、任务建立和执行各阶段的开销,评估了应用规模和网络规模对调度结果与各阶段执行开销的影响,为系统及算法优化指出了方向.本文开发的多核操作系统可以用于嵌入式多核系统资源管理,评估调度算法的执行开销和调度结果等,具有较高的应用价值. 由于嵌入式系统在军事、工业生产和生活中被越来越广泛地应用,嵌入式系统的复杂程度不断提高,对嵌入式系统与非嵌入式系统交互能力的需求也在不断上升.其中嵌入式操作系统已经成为嵌入式系统开发过程中最重要的基本软件之一.嵌入式操作系统为多任务执行,降低系统软件开发难度提供了支持.嵌入式操作系统对嵌入式系统的整体功能、可维护性和交互能力都有着十分重要的影响. 与消息传递、远程过程调用和共享内存等进程间通信模型相比,在分布式存储多处理器上实现的共享对象模型能更自然、更高效地描述进程间的相互作用它通过共享对象消除了各结点之间的物理边界,为系统提供了一种透明的分布式处理能力这样,整个系