事件驱动的微内核进程间通信与调度机制的设计与实现

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微内核致力于最小化内核提供的功能,将驱动程序、文件系统等非核心功能在内核外的用户空间实现,减少系统之间的耦合度,增进可移植性。近几十年以来,微内核在经历了三代的发展以后,人们对于微内核的安全性和性能提出了更高的要求。进程间通信(IPC)的方式和效率对微内核而言至关重要。事件驱动模型有诸多优势,将其设计为一种进程间通信的方式将是一种革新。现在多数的操作系统采用进程/线程两层并行运行的结构,在面对需要串行化处理的任务时显得无能为力,此时采用协作式调度的协程显现出了用武之地。现代操作系统多运行在对称多处理器上,面对数据同步往往要加锁,带来运行效率的问题,无锁的处理是一种值得探索的出路。针对上述问题,本文的主要内容与贡献包括:·设计了一种运行在微内核中的事件驱动的进程间通信机制,将发布/订阅模式引入内核层,引入了事件源和事件的概念。在该设计中将任意类型的数据都抽象为事件,而每种类型的事件又是由一个事件源生成的。除了由内核定义的恒定事件源外,程序亦可创建事件源。事件源与事件都采用引用计数管理其生命周期。·设计了具有通用性的调度机制,与事件驱动的目的相匹配,进程之间采用抢占式调度,并采用合适的调度算法,而进程内采用协作式调度的协程,并定义事件总线作为管理协程。对协程引入了“切换点”的概念,协程运行至切换点处,则当前协程暂停运行,当前进程切换至事件总线运行。因为能控制操作时序,使对共享变量的操作串行化,因而避免了锁的使用。·明确设定外部接口,定义了相关的API(系统调用),操作主体分别有事件源、事件、事件总线、协程四种,以通用性覆盖尽可能多的需求,同时不会冗余。在Zephyr操作系统上开发实现了事件驱动的进程间通信与调度的功能。
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