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关键词： 操作系统  

ISBN: (纸本)9787111722489

摘要： 本书以三个“面向”为导向，即面向经典基础理论与方法，面向国际前沿研究，面向最新工业界实践，介绍操作系统的理论、架构、设计方法与具体实现。全书内容以ARM架构为主，x86架构为辅；以微内核架构为主，同时兼顾宏内核与外核等架构。

关键词： 虚拟现实   机器人   Unity3D   遥操作   可视化仿真  

摘要： 人类探索海洋、开发海洋资源的同时,无人潜水器成为了极其关键的工具,在复杂、恶劣的海况下,替代人工进行水下的救助、打捞以及海上作业等。在实际海上作业中,通过门架吊放式船载收放系统对其进行布放与回收时,设备会随母船一同受风浪影响产生无规律且持续的晃动,对于收放时的脱挂钩等精细作业的干扰较大,目前还未能解决其收放作业的自动挂钩问题,需采用人工下海进行挂钩作业,操作难度大、危险性高。而现有对辅助机械手采用的示教器遥操作、主手遥操作、视觉测量及视觉伺服控制等方式,对操控者的机器人理论技术及操作熟练度的要求较高,并且在海上未知、复杂的工况下,存在挂钩过程的可视性与灵活性较差、相机视觉遮挡以及时延等问题,作业效率较低。针对无人潜水器在恶劣海况下收放作业的挂钩困难问题,设计一套基于虚拟现实的船载海上作业机器人遥操作系统,将机器人搭载于船载无人潜水器收放A型门架上,通过VR设备手柄进行机器人的实时遥操作,灵活、高效地完成无人潜水器收放时的辅助挂钩作业。同时,虚拟仿真系统还可实现机器人多作业场景的离线示教,并在遥操作时将机器人及作业船舶的运动数据与状态进行可视化呈现与仿真。首先,针对船载海上作业机器人的结构与功能,利用Solid Works和3ds Max软件进行建模与轴向变换,采用D-H参数法建立运动学模型并进行正、逆运动学分析与求解;使用CCD逆运动学算法实现机器人的逆运动学解算;并利用C#语言开发Winform窗体应用,建立机器人的上位机交互平台。其次,利用Unity3D引擎对船载海上作业机器人的不同作业场景进行仿真搭建与渲染,根据功能需求确定系统的总体方案与结构框架,通过C#脚本实现系统人机交互以及各模块功能的开发。系统从人机交互方式上分为PC端交互系统和VR移动端交互系统;从功能模块上分为离线示教、可视化仿真以及VR遥操作三个模块。虚拟仿真系统实现对虚拟机器人的正、逆向运动学仿真与控制,并可作为服务器端,对利用Winform上位机控制的机器人实时运动姿态进行可视化呈现。在此基础上,串连VR一体机设备,对手柄的交互功能进行开发,利用人机交互技术与CCD逆运动学算法相结合,实现对虚拟机器人的自然人机交互;通过基于TCP/IP的Socket网络通信,进行虚拟仿真系统与实际机器人控制器之间的双向数据传输,实现VR遥操作以及可视化虚实同步,并对虚拟机器人及实际机器人的末端轨迹坐标进行采集,验证VR遥操作的准确性与灵活性。最后,搭建船载海上作业机器人遥操作系统整体的实验平台,控制波浪模拟试验平台进行各单自由度运动以及三自由度复合运动,分别进行示教器遥操作与VR遥操作机器人挂钩作业的对比实验,验证VR遥操作的高效性以及系统的可视性与人机交互性。通过实验验证表明,VR遥操作机器人挂钩作业的效率较示教器遥操作提高了49.32%,且操作难度较低,系统具有较强的沉浸感与临场感;在实际的海上试验中,机器人也成功完成了各类潜器收放的挂钩作业,提高了机器人海上作业的效率以及安全性。

关键词： 微内核   安全监控   安全审计   入侵检测  

摘要： 如今,计算机技术在越来越广泛的领域中得到应用,各类信息系统也存储着越来越多的重要信息,信息系统包括数据库、操作系统、通信网络等,它的安全是一个复杂且广泛的问题,而各种网络攻击事件的发生使得信息安全问题成为了人们日益关注的课题。操作系统作为计算机软件的基础,其安全机制的研究也为解决各种信息安全问题奠定了良好的基础。安全审计是操作系统安全机制中的一项,通过对安全事件的监控、分析来审查评估系统安全风险并采取措施。为了确保系统的安全性,安全监控系统需要记录、检查和分析系统中的安全事件。其主要目的是让使用者能够掌握系统的运行状态,从底层具体操作中抽象出用户行为意图,检测和制止非法操作。微内核架构的目标是最小化内核,将其他系统服务(如文件系统、网络协议栈等)移到内核之外的用户空间,从而提高系统的可靠性、可维护性和安全性。本文的研究目的是结合这样的架构特点,在微内核操作系统上设计一个能够实时记录系统状态并通过对系统日志的分析检测出潜在危害的安全监控系统。本文的主要研究工作如下:(1)本文重点研究了安全审计的基本理论,分析了国内外对信息系统评测的安全标准及其对审计的具体要求,综合应用安全审计和内核知识,针对团队研发的微内核操作系统提出了安全监控系统的设计,共分为日志模块、审计模块、入侵检测模块三个部分。根据总体架构模型,详细介绍了各个模块所解决的关键问题,就审计点的设置、审计事件、审计内容、审计规则等给出了解决方案,为团队自研的Mginkgo微内核操作系统提供安全保障。(2)在入侵检测模块中,针对交互接口所对应的行为相似性,使用一种利用聚类算法对交互接口序列进行抽象表征的入侵检测方法,在完成语义相似性信息提取之后,使用随机森林、SVM、多项式朴素贝叶斯三种分类算法对行为异常与否进行判断,在一定程度上提高了检测的精确度,选择其中效果最好的模型用于入侵检测模块,提高了系统的检测效率。

关键词： 留学生课程   蓝桥云课   《操作系统与Linux应用》   线上实践教学  

摘要： 在客观原因影响下，常州大学计算机与人工智能学院留学生难以实现全面的线下授课模式，因此针对计算机科学专业英文班的留学生采用线上授课模式。由于《操作系统与Linux应用》是一门理论与实践相结合的课程，我们基于蓝桥云课平台，设计了这门课的线上实验环节。最后对学生的实践效果以及存在的问题进行总结，并对如何更好地进行线上实践教学提出一些看法和意见。

关键词： Linux操作系统  

ISBN: (纸本)9787576709476

摘要： 本书将ROS作为Linux原理的应用实例, 对于机器人相关的开发者具有重要参考价值。ROS是一个构建在Linux上的机器人开发系统, 本书将Linux操作系统基础与ROS应用融为一体, 共分Linux操作系统概述、文件系统及Linux文件管理、Linux操作系统内存管理等9章内容。

摘要： 中国汽车工业协会软件分会（以下简称软件分会）近日发布中国车用操作系统开源计划（以下简称开源计划）。普华基础软件积极响应，并作为开源计划核心发起单位之一，联合软件分会成员单位，一汽、东风、长安、中汽创智、中电科32所、西部智联、地平线、芯驰、先进操作系统创新中心、电子科技大学等企业和高校，结成开源共建伙伴，实施开源计划。

关键词： 深度学习   内核模块   操作系统   自动化   Keras  

摘要： 最近,深度学习研究趋势扩展到了系统性能优化领域。研究者们提出了各种方法和技术,旨在利用深度学习算法和模型来分析和优化操作系统的行为和性能。这些方法可以基于深度学习模型对操作系统进行建模和预测,或者利用深度学习算法来自动调整和优化操作系统的配置和策略。传统上,操作系统一般使用两种方式进行深度学习推断。一种是在用户态中借助神经网络框架进行训练及推断,然后将推理结果传入内核进行使用。然而,这种情况会带来比较高的效率损失,因为用户态和内核态之间的数据传输会带来时间上的开销和数据一致性问题;另一种是在内核中实现一个深度学习算法,直接装载到内核成为内核的一部分或者编译为内核模块文件,动态装载深度学习模块。这样的方式虽然解决了内核和用户态之间的边界问题,但是需要研究人员具有较高的神经网络方面的知识,同时手动实现一个在内核中使用的深度学习算法需要较高的人力成本且模型较为单一。不仅如此,内存受限也是内核中运行深度学习的首要问题。 本文提出了一种基于Keras的深度学习内核模块编译方法来解决上述问题。首先通过将收集到的数据集在用户态下使用Keras进行模型训练;然后将训练好的模型经过keras API迭代地解析网络层和权重,并利用提前实现的内核数学函数库和神经网络库编写内核模块代码。本文主要贡献如下: (1)实现了一种基于keras的深度学习内核模块的自动化编译方法。在内核中实现了常用的深度学习数学库以及系统研究中常用的神经网络前向传播函数;并通过解析模型与神经网络库结合,自动化生成能够在Linux内核中运行的深度学习内核模块。 (2)实现内核对浮点权重文件的读取算法,使得训练后的网络权重能够保存在堆内存,从而解决内核内存受限的问题。 (3)通过在存储系统和调度系统上的实验证明,编译之后的代码具有有效性和普适性。通过在存储系统上的实验结果分析,编译后的内核模块在动态负载的性能上整体优于原始内核,最高的性能提升42%;在调度系统上的实验表明,该方法能够获得和原始内核相似的性能;但是该方法不需要手动实现前向传播的过程,也不需要手动构建数组保存权重。

关键词： 安全关键领域   多核   嵌入式实时操作系统   高可靠   分区  

摘要： 随着安全关键领域的飞速发展,其内各系统对性能及负载的要求变的越来越高,在其所应用的场景下单核处理器渐渐不能满足所需,如何将嵌入式实时操作系统扩展到多核处理器上是当前研究的趋势所在。与此同时,安全关键领域对可靠性要求较高,多核处理器上运行嵌入式实时操作系统仍存在较多可靠性问题。因此,多核下的高可靠嵌入式实时操作系统研究成为了安全关键领域的热点。本文围绕面向安全关键领域的高可靠嵌入式多核实时操作系统展开研究,提出了一个可应用于多核上并具备高可靠性的嵌入式实时操作系统设计方案,方案囊括了从底层硬件到上层软件的各个层次。首先简要介绍操作系统相关理论,之后对嵌入式实时操作系统部署到多核处理器上进行架构设计,从处理器的选择及特性开始,到虚拟化层、操作系统内核及分区部署相关设计,最后对分区上运行的任务进行分类。接下来对高可靠嵌入式多核实时操作系统所具有的功能进行设计,设计分区及核间的通信方式,I/O、内存及Cache的共享措施,分区及核间的隔离方式,I/0及内存的分区,资源及故障的监测方式到最后的辅助操作系统技术,以这些功能的设计来提高保障操作系统的可靠性。至此,本文构成了一种能应用于安全关键领域,具有高可靠性的嵌入式多核实时操作系统,最后进行实验验证。

关键词： 可信任环境   主控钥匙   信任空间   可信任核心   设计指南  

摘要： [目的/意义]现代网络和存储计算技术不断更新发展，针对移动端安卓操作系统底层环境系统级芯片（SOC）可执行环境APP数据密钥加密过程中出现的数据泄露风险，以及如何防止用户信息数据被窃密或破坏，如何完善密钥使用管理方法与改进技术防范措施等问题，特别是如何对重点行业信息数据规模大小、不同级别类型的大数据加强应用与保密管理，现代信息技术管理提出了更高的要求。[方法/过程]在分析现代ARM架构处理器可执行环境中Keymaster密钥库加密还原过程，以及数字签名的ARM可信任区域的数据存储和管理基础上，通过可执行环境（TEE）下仿真测试验证，提出了建立在终端可执行环境密钥库Key Store密钥存储中，通过分层加密计算、签名等防护验证，定制化的软硬件，最小的主机接口加密机制等解决方案，确保用户设备信息数据传输的安全，满足客户端对数据处理和存储保密性的需求。利用Keymaster存储在基于ARM处理器下的TEE中丰富环境的加密和还原过程，演示如何在同时使用多组数据计量测试方式验证适应性；使用自定义性能模型评估SOC可扩展性，通过设计有关机密性和完整性的数据密集型应用程序工作负载风险，评估TEE系统在数据存储中的计算和安全加密等特性。[结果/结论]基于仿真实验数据，分析目前可信任环境的主要应用场景和发展现状、移动端智能设备中嵌入式应用程序数据保护情况，明确安卓操作系统移动设备存放数据以加密方式始终确保数据私密性。同时，利用在软硬件共同协作加密应用数据的安全机制，明确在ARM架构处理器中，智能设备能够实现系统软环境和硬件的整体运作，并有力地体现了可执行环境中的安全性优势，确保用户身份数据在富环境下的还原过程，进一步体现了安全特性。