虚拟操作系统中的POSIX实时接口的设计.pdf

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1、第!卷第#期!$%年!月武 汉 理 工 大 学 学 报&信 息 与 管 理 工 程 版()*+,-(./)01 2+.(*3,0 2(+43,+,56 36+06+52+6 6*2+5789:;!+9;#.;!$%文章编号?#$A#B B C 1!$%7$#A$B!A$%虚拟操作系统中的D(E 2 C实时接口的设计杨朝阳#F李毅!1#;武汉理工大学 计算机科学与技术学院F湖北 武汉B%$G!;第四军医大学 吉林医学学院网管中心F吉林 吉林#%!$#7摘要?D(E 2 C定义了可移植应用程序与操作系统之间的标准接口F分析了D(E 2 C实时接口必须包括的内容F包括线程F信号量F消息队列F定时器等

2、F并简单介绍了在虚拟操作系统中D(E 2 C实时接口的设计思想H关键词?虚拟操作系统G D(E 2 C G*0(E G线程G信号量G消息队列中图法分类号?0 D%#I文献标识码?,J K L M N O简介虚拟操作系统8(E 1 8P Q R S T:(U Q T R P V WE X Y ZR 7是建立在某一实时多任务操作系统之上的虚拟接口层F它的位置处在操作系统与应用程序之间F 8(E能够屏蔽下面各商用操作系统的差异?如实时操作系统*0(E 1 8/9 Q Y U E(E 7/2+%!1/2+_ /P V a 9 bY+07 )+2 C等H而D(E 2 C1 2 6 6 6E R T V

3、a T Q aD 9 Q R T=:(U Q T R P V WE X Y ZR 2 V R Q c T d c 9 Q e 9 U S R Q 6 V f P Q 9 V V R 7主要定义可移植应用程序与操作系统之间的标准接口FD(E 2 C是 由)+2.(*)3 1其 前 身 是g S Y Q gW Q 9 S U 7技术委员会负责制订F这里主要论述的是由)+2.(*)3技术委员会的实时扩展工作小组1 D#$%;B 7制定的D(E 2 C实时标准接口HD(E 2 C接 口 由!部 分 组 成F即 基 本 通 用D(E 2 C接口和实时扩展的D(E 2 C接口H目前各种商用的实时操作系统纷

4、纷推出支持D(E 2 C接口的版本F例如8C/(*hE就已经推出了支持D(E 2 C接口的版本了F D E(E也计划在下一个版本里推出支持D(E 2 C接口的版本F不过这些操作系统虽然宣称支持D(E 2 C接口F其实大部分是只支持D(E 2 C实时扩展接口的子集F并且内部实现还是用自己的接口实现的F这样应用程序调用其D(E 2 C接口就比调用其本身接口效率要差H对于作为各电子产品软件平台的8(E F它的D(E 2 C接口是D(E 2 C实时扩展接口的子集F包括线程F时间F信号量F消息包队列F定时器等部分内容H8(E在实现D(E 2 C接口时应尽量直接采用*0(E提供的D(E 2 C接口F如果*

5、0(E不支持某些D(E 2 C接口F则8(E需要自己实现该D(E 2 C接口H操作系统 8(E和D(E 2 C接口的关系如图#所示H应用层软件8(E接口D(E 2 C接口8(E内存管理 8(E系统库函数 8(E中断与异常管理等*0(E 1 8/9 Q Y F U E(E 7 F)+2 C F/2+%!1/2+_ F/P V a 9 bY+07图#操作系统 8(E和D(E 2 C接口的关系图具体的D(E 2 C接口应该以,D 2函数的形式提供F下面说明在8(E自己实现D(E 2 C接口时采用的一些主要设计思想Hi线程有关的接口D(E 2 C的线程对应于*0(E下的任务的概念F在*0(E下没有父进

6、程与子进程的概念F所收稿日期?!$!A$B A$;作者简介?杨朝阳1#_ A7 F男F湖北武穴人F武汉理工大学计算机科学与技术学院助教;万方数据第!卷 第#期杨朝阳等$虚拟操作系统中的%&()实时接口的设计*+有的任务共享同一个地址空间,-./必须实现0 1 2 3 4的线程创建函数5/6它 是 基 于 一 个 线 程 属 性 对 象7 8 9:;=8:?A 8;B C D;E 8 F来创建的G线程属性对象定义了线程的各种属性G如堆栈大小H堆栈的地址H线程的分离状态7=;8 E 9B 8 8;F等,在创建线程前设置好这些属性G基于同一个线程属性对象可以创建多个线程G线程属性对象的改变不会影响到

7、已经创建的线程,这与I J&创建任务的概念类似G需要指定一些属性并对这些属性进行封装成一个线程属性对象,可以定义成如下结构$B 8:A E 8 K 8 9:;=8 8:8L?M 8 B 8 E N B?O;PQ R堆栈大小RQS C?=R B 8 E N =:PQ R堆栈的地址RQ T 8;=;8 E 9 B 8 8;PQ R线 程 的 分 离 状 态RQU Q R可以加上I J&自己的特殊属性RQV P-.-必须实现0 1 2 3 4线程的控制函数%&()的线程对应于I J&下的任务的概念G线程标识可以和任务采用同一种标识G即线程(W对应到I J&下的任务号,如实现等待线程终止函数K 8 9

8、:;=D C?M 7 F和终止线程函数K 8 9:;=;X?8 7 F G它们是I J&中所没有的G两者之间的关系可以通过信号量来实现,可以实现取消线程的函数K 8 9:;=E M E;Y 7 F G它类似于I J&中的删除一个任务G但是%&()可以安装清除程序7 E M E;Y Y 8?C ME Y;M A K9 _&7优先级占先F H WI I7时间片轮选F H W&J I7自定义F,对于 W_(_&和 WI I可以动态地改变线程的调度参数,Z&应该支持动态修改任务优先级,需要注意的是G%&()的优先级的值越大对应的优先级越高G和I J&对优先级的定义可能有所不同,信号量的接口%&()解决

9、同步与互斥的接口有$信号量H互斥H条件变量,Z&至少应该支持信号量和互斥,./信号量%&()的信号量7 ;K 9 C:;B F是一种计数信号量G与K&和ZX aC:N B中的信号量的概念类似,%&()信号量分为命名信号量7 b;=;K 9 C:;F和 未 命 名 信 号 量7 cM b;=;K 9 C:;F G这!种信号量的属性是相同的,在一些主机操作系统中G对于进程间共享的对象需要一个符号名G因为在这类操作系统中进程间没有共享内存G而在实时操作系统中G所有的对象共享同一地址空间G可以通过内存地址引用共享对象,!种信号量分别提供了创建和删除的函数接口G但是信号量的加锁与解锁的函数接口是一样的,

10、只要对I J&的信号量进行简单地封装就可以实现%&()接口G如下结构$8 T K;=;d B 8:A E 8 B;=;BL e(WB;(W PQ R I J&信号量RQ?M 8:;d C A M 8 PQ R应用计数RQ(M 8 B;Z Y A;PQ R信号量的值RQE 9 :B;b;PQ R信号量名RQV B;8 P若使用命名信号量G因K&的信号量的名称的长度为*G可以规定%&()的信号量的名称长度为*,.-互斥比较%&()的互斥和ZX aC:N B信号量G发现互斥和ZX aC:N B的二进制信号量的功能类似G即任何时刻G互斥只能有一个拥有者G也相当于计数器最大值为#的计数信号量,所以Z&实

11、现信号量可以采取上述一样的方法G限制信号量的值最大为#即可,互斥的创建基于一个互斥属性对象7eA 8;X 8 8:?A 8;B C D;E 8 F G创建互斥前先设置属性对象的互斥属性G修改互斥属性对象的属性不会影响已经创建的互斥,可以把互斥属性对象作如下定义,8 T K;=;d B 8:A E 8 A 8;X=;BL?M 8K:C E;B B fB 9 :;=P Q R是否进程间共享RQV P由于I J&中没有进程的概念G I J&的任务对应与%&()的线程的概念G所有任务共享同一个内存空间G所以属性K:C E;B B fB 9 :;=总是为#7共享F,万方数据!武汉理工大学学报信息与管理工

12、程版#$%年#月&消息队列的接口()*+标准只有变长消息队列,可以给消息赋不同的优先级,任务以基于优先级的方式阻塞-接收消息.,不支持接收消息的超时设置/()*+标准通过异步事件的机制提供了异步处理消息队列的方式/01 2 2作为消息队列*3,应该作为一个文件描述符来实现/队列名是全局惟一的,并且不能和文件名重名/结构01 4 2 2 5用来表示消息队列的状态,至少包含下面!个成员62 7 8 9:9;2 01 4 2 2 5?A B C01;4 C D E消息对列标志ED A B C01 04 F 0 CD E最大消息数目ED A B C01 0 C =5 0 C D E消息对列中当前消息条

13、数EDI D E可以加上J K()自己的特殊属性EDL()*+消 息 队 列 在M()中 的 实 现6采 用8)()的变长消息队列来实现/NG;:9;)()D EMF OA 5 P 已经实现ED2 7 8 9:9;2 01:9?2 01 4 2 2 501 Q2 2 5 RD E消息队列属性ED=B T 4 5E01 U4 09 RD E消息队列名称EDLE01 2 RN9 B:G;()*+消息队列是命名的消息队列,在访问消息队列-发送或接收消息.之前要打开消息队列,使用完后要关闭消息队列,5 9;S A=B 2纪录有多个任务在使用消息队列/当5 9;S A=B 2为$且要删除-=B G B

14、P.时才真正将其删除掉/关于消息的优先级/在()*+中消息是有优先级的-%#级.,而8)()的变长消息队列的消息只有#种优先级6普通消息和紧迫消息/紧迫消息总是放到消息队列的头部,这和一般优先级的概念有些区别/如果要实现()*+的多优先级,则实现时M()要自己来维护一个消息队列而不能封装8)()的消息队列/具体实现视需求而定/同时,()*+消息队列利用信号机制,可以通过消息队列给接收任务发送一个异步事件,通知消息的到达-消息队列从空到有消息时通知./这种机制提供了异步处理消息的手段,任务在没有消息达到时不用阻塞,可以处理其他的事情/V系统时间的接口()*+可以提供许多虚拟的时钟,但是在时钟和定

15、时器的程序中只有一个时钟是必须的,即全局的实时时钟W#X,由S Y(S ZJ QY K*标识/多数时钟和定时器的函数需要时间参数或返回时间/V 时钟()*+定义的时钟只有实时时钟S Y(S ZJ QY K*才是必须的,M()只是先实时时钟,所有定时器-指()*+定时器.都基于这个时钟/实时时钟基于系统时钟中断,_个2 G P即为时钟的粒度,系统2 G P的时间是_$0-()*+标准缺省是#$0 A 0D:9 g 9 A 8 9 5 OA 5 P B D G B=F D 2 T 5 9 4:D 8 A G F2 T 5 9 4:4 8 G D 8 4 5 2 _ D G B:9 F T 2 0,

16、#$_ W#XY 9 cG B 93 ()*+5 A C 5 4 009 5 h i=G:9 W X U9 cjA 5 P 6(h J 9 G 7b A A P 2 A 5 9 ,_ e e _-下转第!k页.万方数据!武汉理工大学学报#信息与管理工程版$%&年$月了电子商务中的安全性具体选择哪种支付模式(一定要根据电子商务交易的实际情况(并在安全性)效率及费用方面进行综合考虑参考文献*+,-梁晋.电子商务核心技术/安全电子交易协议的理论与设计+0-.西安.西安电子科技大学出版社($%.+$-韩宝明(杜鹏(刘华.电子商务安全与支付+0-.北京*人民邮电出版社($%,.+&-关翔.中国电子商务与

17、实践+0-.北京*清华大学出版社($%.+!-闫锋.电子商务的安全性及其技术+1-.信息工程学院学报(,2 2 2 3,$4*,5 6,.+5-刘卫宁(宋伟.电子商务在线支付的安全保障+1-.计算机应用(,2 2 2 3 7 4*$&6$8.9:;:?AB:C=D E F G E?:H I:E=A D J F K:A E B F;E:K A LM E;N:;D O AP Q RST U 6V T U W(X Y ZX T U 6 T _(aZX b Uc d;E=E;*e f gg h g i j k l m n io p q rg m js q s j g r n sg ro h l q g

18、 tj lt g p h un j fi p o n j p h v h l u p m tn m v l k rp j n l mg w i f p m x gp rl m xi y s zj l rg k s(p m|sg j i.n j fj f gk p o n tt g g h l o rg m jl vg 6i l rrg k i g(j f gg h g i j k l m n io p q rg m js q s j g r n m!f n m pf p s g g mpug p|h n m|n mj f gg 6i l rrg k i gs q s j g rp m tf p

19、 s g i l rgj f gf n m t g k g k n mg 6i l rrg k i gt g g h l o rg m j.rg j f l tj lg s j p h n s fp mg h g i j k l m n io p q rg m j s q s j g r n st n s i y s s g t(p n rn m xj lp s s y k gj f gl m 6h n m gs g i y k go p q rg m j n mg 6i l rrg k i g.#m v l k rp j n l mj g i f m n$y g s y s g tj lx

20、y p k p m j g gs g i y k gg h g i j k l m n i j k p m s p i j n l m s p k gn m j k l t y i g t.e ulg h g i j k l m n i o p q rg m j s q s j g rs p k gt g s n x m g t p s g tl mj f g%&ep m t%s g i y k n j qo k l j l i l h sk g s o g i j n g h q.#j n st g rl m s j k p j g tp sj lf l uj f g s gj uls q

21、s j g rss l h gs g i y k go k l h g rsn mg 6i l rrg k i g.(:F)=L;*t n x n j p h t n x g s j*t n x n j p h s n x m p j y k g*g h g i j k l m n io p q rg m j*o p q rg m j x p j g up q+,-.D A 6/D A O*0 k l v.*%i f l l h l v 1 y s n m g s s(2 f l m x m p m3m n g k s n j q(!f p m x s f p!,%&(!f n m p.+责任

22、编辑*王志全-3上接第!页4N:;D O A;G =E?:J-B M.9:I 6E D K:B F;E:K M A E:=G :G4 D=E C I-5:=E D A OB F;E:K6 Z 7 _ 68 U W(P Y6 Tc d;E=E*e f g0 9%#:3#&%j p m t p k t0 l k j p h g9o g k p j n m x%q s j g r#m j g k v p i gv l k!l ro y j g k&m n k l m rg m j 4s q s j g r t g v n m g sj f gs j p m t p k tn m j g k v p

23、i g g j ug g mj f g j k p m s o h p m j p h g p o o h n i p j n l mp m tj f g l o g k p j n m xs q s j g r.#j n s p m p h q;g tj f p j j f g 0 9%#:k g zp h 6j n rgs q s j g r ry s j gi l ro l s g tl v j f gv l h h l un m xi l m j g m j s*j f gj f k g p t(j f gs g rp o f l k g(j f grg s s p x g$y g y

24、 g(j f gj n rgp m ts ll m.e f gt g s n x mv l kj f g0 9%#:k g p h 6j n rgs q s j g r n m j g k v p i gl v p n k j y p h l o g k p j n m xs q s j g r n sp h s ln m j k l t y i g t.(:F)=L;*n k j y p h l o g k p j n m xs q s j g r*0 9%#:*k g p h 6j n rgl o g k p j n m xs q s j g r*j f k g p t*s g rp o

25、f l k g*rg s s p x g$y g y g?6F A O*s s n s j p m j*%i f l l h l v!l ro y j g k%i n g m i gp m te g i f m l h l x q(3e(y f p m!&%7%(!f n m p.+责任编辑*王志全-万方数据虚拟操作系统中的POSIX实时接口的设计虚拟操作系统中的POSIX实时接口的设计作者：杨朝阳，李毅作者单位：杨朝阳(武汉理工大学,计算机科学与技术学院,湖北,武汉,430070)，李毅(第四军医大学,吉林医学学院网管中心,吉林,吉林,132011)刊名：武汉理工大学学报(信息与管理工程版)英文刊名：JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY(INFORMATION&MANAGEMENTENGINEERING)年，卷(期)：2003,25(1)参考文献(2条)参考文献(2条)1.Lewine D POSIX Programmers Guide 19912.杨沙洲 POSIX线程编程指南(1)2001 本文链接：http:/