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关键词： 操作系统  

ISBN: (纸本)9787302604938

摘要： 本书阐述了操作系统的基本概念、设计原理和实现技术；书中在论述操作系统经典内容的基础上，介绍了操作系统的新技术以及发展趋势；在主要章节的末尾，附有典型操作系统的案例分析。

关键词： 操作系统   内存管理   内存回收   内存调节   性能均衡  

摘要： 系统级内存回收是提高系统内存利用率的重要技术之一,它实现了对物理内存资源的抽象和管理,通过回收系统非活跃的内存来缓解内存压力,为应用高效使用内存及稳定运行提供了保障。但是,随着云计算、大数据等新型互联网技术的出现,应用处理的数据规模不断增长,系统的内存已经成为稀缺资源,内存管理系统面临着前所未有的挑战。首先,系统级内存回收被动触发,应用运行期间存在大量非活跃内存,系统内存利用效率低。其次,面对复杂的应用场景,系统级内存回收的全局LRU链表机制及内存冷热识别策略,仅采用近期访问热度作为内存活跃与否的评判标准,未考虑不同应用内存敏感度的差异。针对系统内存利用效率低,本文先提出了一种性能感知的单应用内存回收方案PAPR,该方案以进程为基本单位,周期性扫描应用内存,主动回收应用非活跃内存。该方案分成以下四个部分,第一,页面冷热识别,它在某段时间内多次扫描进程的物理页面并统计这些页面的访问频次,从而依据频次来划分页面冷热程度;第二,进程性能评估,用于评估进程运行的性能状态,指导内存调节;第三,内存调节,监控应用性能指标,定量计算应用不同类型页面回收量,递进式回收非活跃内存。第四,反馈式调节,监控内存回收后进程的性能变化,及时调整内存回收策略,保证应用的性能稳定。然后,为了适应生产环境下多应用场景,本文基于PAPR进一步设计了多应用内存调节机制MPAPR,该机制能捕捉内存敏感度弱的应用,回收其非活跃内存,平衡各应用的性能。PAPR以内核模块的方式安全在内核态运行,并未发现内核内存泄漏等安全问题。同时为了验证PAPR的有效性,我们分别选用了不同领域的应用进行实验。实验表明,PAPR在兼顾应用性能情况下,能够有效回收应用非活跃的内存,其中部分应用内存回收量最高可达25%。其次,在多应用场景下,系统级内存回收会导致多个应用性能损失不均衡,本文选取均值、方差评估应用的性能损失程度,为了验证MPAPR的有效性,我们在不同压力下运行多个应用。实验表明,MPAPR能够有效地调节多应用的内存,缓解多应用性能损失的不均衡。

关键词： 云测试   嵌入式操作系统   虚拟机   K210   SylixOS   MaixPy  

摘要： 在美国对我国诸多高校、科技企业实施制裁的大背景下,国产操作系统的研发与生态建设工作被高速推进,以解决计算机核心技术的“卡脖子”问题。同时,操作系统是对可用性、性能及健壮性等质量属性要求极高的软件,因此,对操作系统进行测试是实现其自主可控开发过程中必不可少的关键环节,开展相关研究具有重要的现实意义和重大的实用价值。在数控实时操作系统Sylix OS测试项目的推进过程中,嵌入式操作系统测试存在的许多问题被暴露了出来。譬如,操作系统测试执行受限于机器接口,无法通过并行执行测试任务而提高测试效率;不同地理位置的测试人员,无法开展同一项目或同一测试对象的联调工作;测试数据汇总需要耗费测试人员大量的时间和精力等等。因此,本文从项目中发现的实际问题出发,结合商业云测试平台的发展现状与相关文献调研结果,研究、分析和设计了一种针对嵌入式操作系统的云测试平台,给出了对应的原型系统实现并开展了相应的测试验证。论文首先分析了嵌入式操作系统云测试平台的应用场景,从使用者的视角以及业务功能与支撑功能的角度出发,将嵌入式操作系统云测试平台划分成多个功能模块与子系统。在此基础上,详细讨论了被测系统部署模块、测试实施模块、平台管理模块、测试节点调度子系统以及测试用例调度子系统的设计与实现。最后,实现了基于虚拟网络的原型系统的部署,分别针对Quick Emulator(QEMU)虚拟机上部署的Sylix OS与K210开发板上部署的Maix Py等嵌入式操作系统进行了测试及结果分析。本文创新性工作主要包括:(1)研究并提出了一种嵌入式操作系统云测试平台的设计方案,并在此基础上实现了相应的原型系统。该嵌入式操作系统云测试平台实现了操作系统编译与部署、测试用例调度、测试节点调度、测试结果收集分析以及涵盖虚拟机与嵌入式物理机的测试机器管理。然后,通过不同嵌入式操作系统与硬件平台在原型系统上进行的测试,验证了本文嵌入式操作系统云测试平台设计方案及原型系统的可行性与有效性。(2)实现了嵌入式物理机资源的云化。嵌入式操作系统云测试平台能够对接入的嵌入式物理机实现输入输出控制、使用权限分配与操作系统部署,让嵌入式物理机成为云测试平台上的测试机器资源,以支持测试节点的构建及操作系统测试任务的执行。

关键词： 遥操作系统   通信时延   自适应控制   事件触发控制   Lyapunov稳定性定理  

摘要： 本文旨在研究遥操作系统的网络化控制问题。针对通信网络中存在的时延和带宽受限等问题,本文首先研究了网络化遥操作系统的自适应控制策略,为了进一步提高系统的通信效率,后续对事件触发通信机制下的遥操作系统进行了研究。主要研究成果如下:1)针对非对称通信时变时延下的双主/单从三边遥操作系统,提出了一种自适应控制策略。首先利用无源弹簧-阻尼系统来模拟外界对主从端机械臂施加的力,其次利用自适应控制策略来刻画主端与操作员以及从端与远程环境之间交互力的阻抗特性并解决主从端机械臂重力负荷的相关问题。最后基于Lyapunov稳定性定理与自适应控制理论获得了三边遥操作系统主从端同步的充分条件,并通过Matlab仿真验证了所提出的自适应控制策略的准确性。2)针对具有常时延的双边遥操作系统,提出了一种带有事件触发机制的PD控制策略。首先采用拟-PD控制器并引入事件触发机制来解决双边遥操作系统中通信信道阻塞的问题。其次引入速度估计器解决了实际控制系统中速度信息很难获取的问题,同时满足设计系统的控制器和事件触发条件时系统对速度信息的需求。最后基于Lyapunov稳定性定理和事件触发控制理论获得了遥操作系统稳定的条件,并通过Matlab仿真验证了所提出的事件触发控制策略的有效性。3)针对通信时变时延下的双边遥操作系统,提出了一种基于采样的事件触发控制策略。首先在事件触发通信机制的前提下结合采样控制使系统中的事件检测器无需实时监测系统的状态,同时避免了Zeno现象。其次利用积分不等式和扩展的倒凸矩阵不等式处理闭环遥操作系统中的通信时变时延。最后结合Lyapunov稳定性定理和线性矩阵不等式理论给出遥操作系统的稳定性判据,并通过Matlab仿真验证提出的定理的可靠性以及控制策略的可行性。

关键词： IMA   分区操作系统   ACARS   通信管理单元   分区软件   AADL  

摘要： 通信管理功能作为机载ACARS系统的核心功能,实现了空地通信链路的连接和报文数据的编码解码功能。但是,随着集成电路的不断发展和航电系统的迭代更新,现在的机载ACARS系统并不适用IMA分区操作系统的体系架构。为解决这个问题,本文提出了将机载ACARS系统的通信管理单元集成到分区操作系统的方法,利用公共的计算资源、网络资源和标准化的软件接口,实现通信管理单元的综合化模块化,一方面可减少飞机的设备数量,降低软硬件成本,另一方面,有利于提高软件的可重用性,缩短开发周期。为实现这个目标,本课题以分区操作系统为研究对象,从ACARS通信管理单元研究出发,对通信管理功能在分区操作系统的实现过程进行研究。首先,从机载ACARS通信管理功能和分区操作系统的架构出发,分析通信管理单元的功能需求和业务逻辑,同时对分区操作系统的架构进行研究,掌握分区软件在分区操作系统的实现逻辑,针对通信管理分区软件展开基础理论研究。其次,针对机载ACARS功能需求和分区操作系统的功能实现,利用AADL建模语言设计了基于分区操作系统的机载ACARS总体架构,构建了机载ACARS系统架构和通信管理分区软件模型,运用故障树分析方法对该架构进行了安全性分析,得出了符合机载ACARS适航性要求的安全性分析结果,验证了课题的可行性。然后搭建了通信管理分区软件开发环境,展开软件开发工作,在软件开发过程中,实现了空地数据链的连接、报文的上行下行、编码解码以及超时重传等功能,与此同时对分区操作系统进行配置,满足了分区间通信、时间隔离和空间隔离等需求。最后,对分区操作系统和通信管理分区软件进行测试,通过提出测试方法,展开系统测试、软件功能测试,包括系统启动测试、编码解码测试以及数据链功能等测试。实验结果表明,通信管理分区软件在系统中能稳定运行,实现了本课题提出的将机载ACARS通信管理单元以分区软件驻留到分区操作系统的目标。

摘要： 应用Windows部署服务，按照用户岗位需求，将操作系统打包部署到Windows部署服务器，将传统的IT运维人员安装操作系统，转为用户通过简单的操作，实现基于网络自助完成操作系统的安装。

关键词： 双边遥操作   三通道   波变量补偿   运动补偿   双卡尔曼滤波  

摘要： 自双边遥操作系统被提出以来,由于其能够克服空间距离的阻碍,已经被应用于很多领域,例如医疗、工业、太空探险、深海作业等。但是,由于双边遥操作系统中存在的时延,导致了系统的不稳定性,并且影响其跟踪效果,因此,多年来,研究者们对于双边遥操作系统的研究从未停止,目前已经发展出许多方法,用来提高系统的稳定性和透明度。本文基于双边遥操作系统在医疗方面的应用,对双边遥操作系统的稳定性和透明度的提升进行了研究。本文的主要贡献如下:(1)研究并总结了双边遥操作系统的基础理论,包括现有的系统建模方法,稳定性与透明度的分析方法,双边遥操作系统的控制结构(二通道结构、三通道结构和四通道结构)以及经典的时延补偿算法(波变量及其相关算法以及时域无源算法)。在此基础上选取了波变量算法与三通道控制结构进行改进。(2)提出了一种基于三通道控制结构的波变量补偿结构,在传统波变方法的基础上引入了两个补偿项,用来补偿传统波变量算法中的偏置项,提升系统的透明度。并且,为了保持系统的无源性,又在系统中引入了两个能量储存器来控制补偿项的开启与关闭,最后通过仿真实验验证了该带能量储存器的三通道波变量补偿结构不仅能补偿系统通信通道中存在的时延,保持系统的稳定性,而且能够提升系统的透明度。(3)考虑了在远程超声诊断过程中,病人体表因为呼吸、心跳等内脏的生理运动产生的周期或准周期运动干扰,会对双边遥操作系统的透明度造成的影响,选择了准周期运动干扰中较难补偿的的心跳运动进行了补偿,同时也证明了该补偿方法在其他人体表面运动干扰下的可行性。进行了心脏运动的建模,搭建了运动补偿系统,使用了双卡尔曼滤波器对测量的心脏数据中的噪声和时延进行了补偿,最后通过仿真实验验证了带能量储存器的三通道波变量补偿结构在环境端具有跳动心脏运动干扰时,经过运动补偿也能在保持稳定性的情况下提高透明度。

关键词： 智能网联汽车   车控操作系统   智能驾驶  

摘要： 智能网联汽车操作系统是支撑汽车“新四化”技术革命的关键共性技术。掌握智能网联汽车操作系统的核心技术，既是国家汽车产业由大变强的重大战略需求，也是破解关键核心技术“卡脖子”问题、保障国家产业链、供应链安全的关键之举。当前，全球智能网联汽车操作系统产业格局面临重塑，经典车控、智能驾驶和智能座舱等不同层次、不同环节的操作系统多线并进。总体而言，目前欧美等发达国家占据产业发展主导地位，而我国利用大国大市场优势，在智能座舱及应用技术、车载芯片等领域取得局部突破，但操作系统等底层技术、应用标准仍然受制于人，产业链、供应链安全稳定仍面临挑战。接下来进一步明确行业发展路径、加强关键技术研究、发挥标准引领作用、完善产业发展机制等方面综合施策，牢牢把握智能网联汽车操作系统的创新主动权、发展主动权。