企業(yè)服務(wù)體的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析(編輯修改稿)
2025-07-18 16:55 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，服務(wù)體模型最終也就退化成微內(nèi)核模型。 地址空間和運(yùn)行棧 服務(wù)體的邏輯空間分為基本空間和擴(kuò)展空間兩部分。所有服務(wù)體的共享同一個(gè)基本空間，根據(jù)需要服務(wù)體還可以擁有屬于本服務(wù)體一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)展空間。 擴(kuò)展空間基本空間①② 圖三 服務(wù)體空間②②服務(wù)體A服務(wù)體B①運(yùn)行庫(kù) ②數(shù)據(jù)基本空間為不同的服務(wù)體共享，從而有利于服務(wù)體間高效的信息傳遞,尤其是對(duì)經(jīng)常處理大數(shù)據(jù)的服務(wù)體如文件、網(wǎng)絡(luò)等?；究臻g位于系統(tǒng)地址的高端，且是不可換出的以提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。服務(wù)體對(duì)基本空間的訪問控制基于capability機(jī)制[4][6]，只能訪問所授權(quán)的地址段從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的健壯性和安全性。擴(kuò)展空間是服務(wù)體所私有的，私有空間是分頁(yè)管理的，可以根據(jù)需要交換到后備存儲(chǔ)器中以優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)存的使用。服務(wù)體可以將大的私有數(shù)據(jù)和運(yùn)行的時(shí)候所需要的動(dòng)態(tài)運(yùn)行庫(kù)加載到其私有空間中而經(jīng)常使用的部分被加載到基本空間中以提高效率。由于擴(kuò)展空間的內(nèi)容私有于服務(wù)體，所以當(dāng)使用擴(kuò)展空間的數(shù)據(jù)作為參數(shù)傳遞給其他服務(wù)體的時(shí)候，應(yīng)首先映射到基本空間內(nèi)。地址的映射由內(nèi)存管理服務(wù)體完成，通過使用CopyOnWrite的機(jī)制實(shí)現(xiàn)服務(wù)體擴(kuò)展空間內(nèi)的數(shù)據(jù)共享。一個(gè)服務(wù)體可以根據(jù)需要可以擁有多個(gè)私有空間，從而使所管理數(shù)據(jù)的容量超過硬件所帶來(lái)的虛存空間限制。在MiniCoreV3中，Cache服務(wù)體利用了多個(gè)擴(kuò)展空間從而為每個(gè)打開文件分配了更大緩沖窗口，提高了Cache性能。服務(wù)體的地址空間信息記錄在小端口中，同一服務(wù)體的不同小端口可以具有不同的地址空間信息，執(zhí)行流通過小端口進(jìn)入服務(wù)體時(shí)加載該小端口中記錄的地址空間信息，如果服務(wù)體只使用基本空間則僅加載存取內(nèi)存控制信息。系統(tǒng)中的全部執(zhí)行流由核心內(nèi)核產(chǎn)生，并默認(rèn)的綁定核心內(nèi)核的基本空間。服務(wù)體提供執(zhí)行流運(yùn)行所需要的棧，當(dāng)執(zhí)行流進(jìn)入通過小端口進(jìn)入服務(wù)體時(shí)要進(jìn)行堆棧切換。初始的時(shí)候執(zhí)行流的產(chǎn)生者核心內(nèi)核為每個(gè)新創(chuàng)建的執(zhí)行流提供一個(gè)位于基本空間的堆棧，出于安全或空間的考慮每個(gè)服務(wù)體也可以為自己的小端口配備一個(gè)或多個(gè)分離的堆?？臻g。棧一般位于基本空間內(nèi)，也可以位于擴(kuò)展空間以滿足對(duì)堆棧大小有特殊要求的情況。一個(gè)小端口堆棧的數(shù)量決定了能夠同時(shí)進(jìn)入該小端口的執(zhí)行流的數(shù)量，從這個(gè)意義上講每為小端口配備一個(gè)堆棧，相當(dāng)于在微內(nèi)核模型中為服務(wù)進(jìn)程中增加了一個(gè)服務(wù)線程。 核心內(nèi)核 核心內(nèi)核是一個(gè)特殊的服務(wù)體，它屏蔽了大多數(shù)的處理器具體細(xì)節(jié)，為其他服務(wù)體提供包括執(zhí)行流管理，中斷管理、異常管理，時(shí)鐘服務(wù)，工作者執(zhí)行流管理以及內(nèi)核同步等多種基礎(chǔ)機(jī)制。核心內(nèi)核同其他服務(wù)體一樣，使服務(wù)體通訊機(jī)制同其他服務(wù)體通訊。中斷、異常由核心內(nèi)核捕獲并以錯(cuò)誤（對(duì)異常事件）或者廣播（對(duì)于中斷）的形式向外發(fā)布。消息中包含了異常/中斷編號(hào)，以及描述該錯(cuò)誤的參數(shù)如發(fā)生錯(cuò)誤的指令地址等。需要相關(guān)異常、中斷消息的服務(wù)體可以通過訂閱核心內(nèi)核的相關(guān)消息來(lái)捕獲相應(yīng)的消息。在MiniCoreV3中，Linux運(yùn)行環(huán)境正是通過訂閱核心內(nèi)核的異常消息捕獲系統(tǒng)服務(wù)請(qǐng)求的，并將用戶請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到對(duì)應(yīng)服務(wù)體。設(shè)備的中斷服務(wù)例程并不在中斷消息中完成，核心內(nèi)核實(shí)現(xiàn)了一個(gè)功能更加完善的實(shí)時(shí)中斷處理機(jī)制用以處理設(shè)備中斷。核心內(nèi)核負(fù)責(zé)將系統(tǒng)中的原始執(zhí)行流變換成若干虛擬執(zhí)行流，系統(tǒng)中所有的執(zhí)行流均由核心內(nèi)核產(chǎn)生。需要執(zhí)行流的服務(wù)體向核心內(nèi)核提出申請(qǐng)并注冊(cè)一個(gè)小端口，注冊(cè)的小端口中有服務(wù)體的地址空間、棧以及消息處理函數(shù)地址等信息。發(fā)生執(zhí)行流切換的時(shí)候當(dāng)前指令寄存器作為新的消息處理函數(shù)被寫回到該小端口中，在調(diào)度的時(shí)候原始執(zhí)行流通過向所注冊(cè)的小端口寫入一條空消息來(lái)恢復(fù)該虛擬執(zhí)行流的運(yùn)行。3 服務(wù)體模型的工作過程 建立服務(wù)體連接使用一個(gè)服務(wù)體所提供的服務(wù)前，首先應(yīng)該與該服務(wù)體建立連接。服務(wù)體管理器提供Connect命令來(lái)完成此功能。目標(biāo)服務(wù)體的每個(gè)連接都使得該服務(wù)體的引用數(shù)增加一，釋放時(shí)引用數(shù)減一。服務(wù)體的引用數(shù)為0時(shí)意味著可以從內(nèi)存撤出。Connect根據(jù)所提供的服務(wù)體的名字和小端口號(hào)給目標(biāo)服務(wù)體發(fā)送連接請(qǐng)求消息，由該服務(wù)體并對(duì)各項(xiàng)安全指標(biāo)進(jìn)行認(rèn)證，如果通過認(rèn)證則返回代表連接的描述符。如果目標(biāo)服務(wù)體不存在服務(wù)體管理器則會(huì)拋出一個(gè)錯(cuò)誤，動(dòng)態(tài)加載服務(wù)器通過訂閱該錯(cuò)誤實(shí)現(xiàn)服務(wù)體的按需加載。 消息的發(fā)送和回復(fù)服務(wù)體管理器提供了基于消息的通訊機(jī)制，減在消息的處理上利用執(zhí)行流的等價(jià)性，通過復(fù)用執(zhí)行流避免了不必要的上下文切換開銷。在此需要介紹兩個(gè)具有代表性的核心元語(yǔ)：PokeMessage、ReplyMessage。服務(wù)體模型使用PokeMessage將消息寫入一個(gè)服務(wù)體的小端口，ReplyMessage用來(lái)回復(fù)消息表明該消息處理完畢。PokeMessage的算法：輸入 消息、目標(biāo)服務(wù)體的小端口（1） 對(duì)指定小端口進(jìn)行消息重定向處理。（2） 根據(jù)小端口的屬性切換資源和運(yùn)行狀態(tài)包括地址空間、堆棧、調(diào)度優(yōu)先級(jí)、存取控制信息以及運(yùn)行特權(quán)級(jí)等，必要時(shí)阻塞當(dāng)前執(zhí)行流以等待空閑的堆棧資源。（3） 使用小端口處理該消息。（4） 檢查消息中的Complete位是否為”完成”(該位由回復(fù)元語(yǔ)設(shè)置)，否則當(dāng)前執(zhí)行流睡眠在該消息上等待該位變?yōu)椤蓖瓿伞?。?） 恢復(fù)執(zhí)行流所綁定的資源。ReplyMessage的算法: 輸入 消息（1） 設(shè)置所回復(fù)消息體的Errcode位和Complete位。（2） 如果有執(zhí)行流睡眠在消息的等待隊(duì)列上，則喚醒這個(gè)執(zhí)行流。根據(jù)服務(wù)體對(duì)消息回復(fù)的時(shí)機(jī)可以將消息處理分為立即型和延遲型兩類，如圖四所示。立即型指
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