基于Linux的臺式儀器操作系統(tǒng)的研究.pdf

1、目前臺式儀器采用的操作系統(tǒng)主要有兩類：桌面計算機使用的操作系統(tǒng)和嵌入式操作系統(tǒng)。桌面使用的操作系統(tǒng)主要以Windows系列為主；嵌入操作系統(tǒng)主要以商業(yè)嵌入操作系統(tǒng)為主。目前，國外生產的一些高端測試儀器產品采用Windows為操作系統(tǒng)，國內在過去一段時間內生產的產品還主要以DOS為操作系統(tǒng)，現(xiàn)在正在研發(fā)的產品采用了一些商業(yè)嵌入式操作系統(tǒng)，例如Vxworks，WindowCE等，它們都有較高的許可證使用費用，極大地增加了產品的成本。Linu

2、x作為操作系統(tǒng)的后起之秀，以其開放源代碼、免費、支持多種硬件平臺、模塊化設計、對網(wǎng)絡支持好等優(yōu)點，逐漸受到開發(fā)者的重視，已被廣泛地使用在嵌入式系統(tǒng)中，現(xiàn)已成為開發(fā)的熱點。 本文針對臺式儀器的特點，對Linux作為儀器操作系統(tǒng)的主要方面進行了研究，提出了相應的解決方案，主要內容有：Linux內核和根文件系統(tǒng)的裁減、內核實時性的增強、虛擬調度系統(tǒng)機制的實現(xiàn)、有限優(yōu)先級條件下可調度性分析、可控內核審計的實現(xiàn)、Linux在AVl486信

3、號發(fā)生器和CDMA基帶信號發(fā)生器上的實現(xiàn)等等。研究成果包括： (1)研究了Linux內核和在Linux上運行的根文件系統(tǒng)的裁減方法。儀器系統(tǒng)的存儲空間是有限的，且硬件配置也是相對固定的。根據(jù)這些特點，在編譯配置的基礎上，提出了細粒度的定制方法。采取粗粒度和細粒度相結合的方法，實現(xiàn)內核的定制。介紹了根文件系統(tǒng)定制的方法，給出了它們的配置方法和過程，對結果進行了比較和分析。 (2)研究了增強Linux實時性的方法。儀器的測試

4、程序具有較強的實時性要求，本文分析了Linux在實時方面的不足，提出了增強Linux實時性的方案，主要在時鐘粒度、內核可剝奪性和優(yōu)先級反轉等方面進行了分析，實現(xiàn)了時鐘粒度的細化，通過雙內核和在原內核中增加搶占點相結合，實現(xiàn)了具有可剝奪性的新內核，通過優(yōu)先級繼承協(xié)議的實現(xiàn)，避免了優(yōu)先級翻轉。進行了實驗測試，實驗結果表明，有效地增強了實時性，拓寬了內核的適用范圍，可以滿足儀器的需要。 (3)提出了基于Linux的一種新的調度機制：虛

5、擬調度系統(tǒng)。為了使Linux更好地滿足嵌入式系統(tǒng)的要求，近年來人們提出了各種調度機制改造方案，但是這些方案不能實現(xiàn)由用戶來選擇調度算法和多算法集成，不能給用戶提供統(tǒng)一的用戶使用界面。本文提出了一種基于Linux的新的調度機制：虛擬調度系統(tǒng)。它能夠給用戶提供統(tǒng)一的使用界面，能夠支持所有提出的調度算法，能夠隱含實現(xiàn)的細節(jié)，使用戶更方便的使用各種調度算法，能夠同時支持單層和雙層調度。描述了實現(xiàn)過程，給出了在Linux下與實現(xiàn)過程相關的數(shù)據(jù)結構

6、和函數(shù)，對調度機制的復雜性進行了分析，最后進行了實驗測試。 (4)推出了基于有限優(yōu)先級的動態(tài)調度的判定條件。實時任務調度是實時系統(tǒng)中的關鍵問題，實時調度在理論分析時，都假設系統(tǒng)能夠識別任意多的優(yōu)先級，在實際的操作系統(tǒng)中，僅能使用有限的優(yōu)先級數(shù)量?，F(xiàn)有文獻提出了在靜態(tài)調度條件下使用有限優(yōu)先級數(shù)量的判定方法，本文推出了在動態(tài)調度條件下使用有限優(yōu)先級數(shù)量的判定方法，給出了一個任務系統(tǒng)動態(tài)調度所需的最小優(yōu)先級的數(shù)量的判斷條件，并對算法的

7、復雜性進行了分析，提出了任務分組的算法。 (5)針對儀器系統(tǒng)的特殊性，提出了基于Linux操作系統(tǒng)的可控內核審計機制，給出了實現(xiàn)過程。Linux系統(tǒng)現(xiàn)行的審計機制是應用級審計，不能滿足操作系統(tǒng)的安全要求，為此許多文獻提出了Linux內核級的審計，增強了Linux的審計能力。但是在審計能力增加的同時，審計容量和程序運行時間增加。根據(jù)儀器系統(tǒng)的特點，本文提出了可控內核審計的機制。內核級審計能夠被應用程序控制，這樣在實現(xiàn)安全性提高的同