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1、2009年年3月月16日星期一日星期一QNX 微内核结构的实时操作系统微内核结构的实时操作系统唐晓丹唐晓丹 QNX Software System22009年3月16日星期一QNX Confidential. All content copyright QNX Software Systems.真正的微内核结构真正的微内核结构( (QNX Neutrino) ) 通过通过MMU进行完全进行完全内存保护内存保护 应用, 驱动, 网络协议等都受保护应用, 驱动, 网络协议等都受保护真正的微内核结构真正的微内核结构( (QNX Neutrino) ) 通过通过MMU进行进行完全完全内存保护内存保护
2、应用, 驱动, 网络协议等都受保护应用, 驱动, 网络协议等都受保护进程管理器K文件系统驱动程序应用程序单片式内核 (单片式内核 (NT / Unix / Linux) ) 用用MMU进行部份保护进行部份保护 应用程序受到保护应用程序受到保护单片式内核 (单片式内核 (NT / Unix / Linux) ) 用用MMU进行进行部份部份保护保护 应用程序受到保护应用程序受到保护应用程序应用程序内核文件系统网络协议驱动程序应用系统应用程序内核文件系统网络协议驱动程序实时执行体实时执行体( (VxWorks) ) 不使用不使用MMU，没有内存保护，没有内存保护 应用应用, 驱动驱动, 等等都在内核
3、空间等等都在内核空间实时执行体实时执行体( (VxWorks) ) 不使用不使用MMU，没有没有内存保护内存保护 应用应用, 驱动驱动, 等等都在内核空间等等都在内核空间微内核体系结构微内核体系结构对系统整体产生影响?可包容 （可重启）对系统整体产生影响?可包容 （可重启）?可包容 （可重启）? ?VxWorks 试作原型32009年3月16日星期一QNX Confidential. All content copyright QNX Software Systems.微内核架构微内核架构文件系统文件系统进程管理器进程管理器协议栈协议栈微内核微内核应用程序应用程序微内核是微内核是 唯一唯一可信
4、赖的元件可信赖的元件音响驱动程序音响驱动程序显示驱动程序显示驱动程序应用程序与驱动程序应用程序与驱动程序?接入信息总线的进程接入信息总线的进程?驻留在受保护内存空间驻留在受保护内存空间?无法破坏其它软件无法破坏其它软件?可随时启动，停止或进行动态升级可随时启动，停止或进行动态升级信息总线信息总线 42009年3月16日星期一QNX Confidential. All content copyright QNX Software Systems.进程间通讯进程间通讯音响音响文件系统文件系统进程管理器进程管理器网络协议网络协议图形系统图形系统串口串口应用程序应用程序使用消息传递使用消息传递: 有效
5、分离进程 POSIX界面以信息为基础 fd = open( “/dev/ser1”, , ) read, write, stat, devctl, close使用消息传递使用消息传递: 有效分离进程 POSIX界面以信息为基础 fd = open( “/dev/ser1”, , ) read, write, stat, devctl, close其他其他 POSIX 界面：界面：实时信号 管道与 POSIX 信息队列互斥，条件变量，信号灯 壁垒，sleepon，读/写锁其他其他 POSIX 界面：界面：实时信号 管道与 POSIX 信息队列互斥，条件变量，信号灯 壁垒，sleepon，读/写锁
6、进程间通过互相传递消息进行通讯进程间通过互相传递消息进行通讯进程间通过互相传递消息进行通讯进程间通过互相传递消息进行通讯应用程序应用程序应用程序应用程序共享内存共享内存 大量数据传递共享内存共享内存 大量数据传递K/dev/ser1消息总线微内核消息总线微内核52009年3月16日星期一QNX Confidential. All content copyright QNX Software Systems.重要进程监视与恢复重要进程监视与恢复 (Critical Process Monitoring)? 超越五九与完善的故障检测与恢复方法超越五九与完善的故障检测与恢复方法? 建设用户化的故障恢
7、复情景建设用户化的故障恢复情景 设计您的系统立刻重连线，透明地减低故障时间设计您的系统立刻重连线，透明地减低故障时间? 利用附源代码的技术开发包起动您的开发利用附源代码的技术开发包起动您的开发 CPM 与监护程序与监护程序 CPM 应用界面应用界面 用户界面覆盖用户界面覆盖 回归测试程序回归测试程序 样本代码举例说明各种任务，包括重新启动，心跳，等样本代码举例说明各种任务，包括重新启动，心跳，等62009年3月16日星期一QNX Confidential. All content copyright QNX Software Systems.硬盘 文档系统硬盘 文档系统Flash 文档系统文档
8、系统TCP/IP微内核微内核ATM紧急程序监视器紧急程序监视器 (CPM)重要进程监视器重要进程监视器 - 故障恢复程序故障恢复程序CPM产生转储文档 用于算后分析产生转储文档 用于算后分析驱动程序故障驱动程序故障内核检测事故，通知内核检测事故，通知CPM基于规则的执行基于规则的执行 内核通知软件监视器内核通知软件监视器 创建存储文档用于算后分析创建存储文档用于算后分析 执行拟定规则进行恢复执行拟定规则进行恢复 清除资源清除资源 重新启动程序重新启动程序 CPM提供心跳服务检测软件事故提供心跳服务检测软件事故 允许系统自我检测允许系统自我检测CPM进行故障恢复进行故障恢复72009年3月16日
9、星期一QNX Confidential. All content copyright QNX Software Systems.五九（五九（99.999%）可靠性）可靠性连续运行时间(MTBF)+出错恢复时间(MTTR)连续运行时间(MTBF)可靠性=31.5秒秒99.99995.256分钟分钟99.99952.56分钟分钟99.998.76小时小时99.93.65天天991年中允许的出错时间年中允许的出错时间可靠性可靠性(%)82009年3月16日星期一QNX Confidential. All content copyright QNX Software Systems.硬件走势硬件走势?
10、 系统供应商持续需要增加处理能力系统供应商持续需要增加处理能力? 处理器供应商无法在增加时钟速度的情 况下增加性能处理器供应商无法在增加时钟速度的情 况下增加性能 热量考量热量考量 设计复杂性设计复杂性? 多处理器设计解决性能问题多处理器设计解决性能问题 增加额外的处理能力增加额外的处理能力 增加额外的板面面积增加额外的板面面积? 走势是多芯处理器走势是多芯处理器 BCM12xx/14xx MPC8641D 拥有八芯处理器正在设计中拥有八芯处理器正在设计中? QNX拥有独特的性能，能够从这些多芯 处理器提取最高的效能拥有独特的性能，能够从这些多芯 处理器提取最高的效能uPuPBridgeBri
11、dgeuPBridgeuPBridgeuPuPuPBridge92009年3月16日星期一QNX Confidential. All content copyright QNX Software Systems.多内核操作模式多内核操作模式? 两个内核，两个两个内核，两个OS ? 可以是同一种可以是同一种OS，也可是不同的，也可是不同的 OS ? QNX, Linux, VxWorks, OSE, IntegrityCPUCPUQNXQNX/ Other非对称型非对称型? 两个内核，一个两个内核，一个OS ? QNX, Linux对称型对称型QNXCPUCPU102009年3月16日星期一QN
12、X Confidential. All content copyright QNX Software Systems.QNX限定型多重处理限定型多重处理CPUCPU系统间连接系统间连接缓存缓存缓存缓存I/OI/O内存控制器内存控制器I/O内存内存OSA2A1A5A3A4同时拥有两种模式的优点同时拥有两种模式的优点?这是拥有限定型多重处理和非对称型多重处理双方的优点这是拥有限定型多重处理和非对称型多重处理双方的优点?可以同时支持现行的代码，以及针对多可以同时支持现行的代码，以及针对多CPU执行优化过的用户程序执行优化过的用户程序 进程和线程可以选择在限定型或是对称型下运行进程和线程可以选择在限定
13、型或是对称型下运行?设计人员可以控制整个用户程序设计人员可以控制整个用户程序 可以可以“限定限定”线程在特定的线程在特定的CPU上执行上执行?平衡运行平衡运行 可以由可以由OS动态管理，也可以由设计人员管理动态管理，也可以由设计人员管理 QNX提供工具可以优化平衡运行提供工具可以优化平衡运行 由由OS管理共享的资源管理共享的资源?高性能运行高性能运行 消息传递或是线程同步由内核支持消息传递或是线程同步由内核支持112009年3月16日星期一QNX Confidential. All content copyright QNX Software Systems.消息桥消息桥透明的分布式处理透明的
14、分布式处理 (Transparent Distributed Processing)io-block进程管理器进程管理器io-graphics蓝牙蓝牙SQL通过桥接两个内核，在一个消息总线上的消息，可以透明的传递到另一个消息总线上去 （消息桥的物理介质，可以是以太网，通过桥接两个内核，在一个消息总线上的消息，可以透明的传递到另一个消息总线上去 （消息桥的物理介质，可以是以太网，MOST，RapidIO，因特网 )，因特网 )通过桥接两个内核，在一个消息总线上的消息，可以透明的传递到另一个消息总线上去 （消息桥的物理介质，可以是以太网，通过桥接两个内核，在一个消息总线上的消息，可以透明的传递到另
15、一个消息总线上去 （消息桥的物理介质，可以是以太网，MOST，RapidIO，因特网 )，因特网 )不需要重写任何代码，用户程序和 服务器可以在网络上分散开来不需要重写任何代码，用户程序和 服务器可以在网络上分散开来fd=open(“/net/remote/dev/ser1”, ); read(fd, buf, len); write(fd,buf, len);在网络上分离的硬件和软件资源 可以统一读写在网络上分离的硬件和软件资源 可以统一读写不需要重写任何代码，用户程序和 服务器可以在网络上分散开来不需要重写任何代码，用户程序和 服务器可以在网络上分散开来fd=open(“/net/remo
16、te/dev/ser1”, ); read(fd, buf, len); write(fd,buf, len);在网络上分离的硬件和软件资源 可以统一读写在网络上分离的硬件和软件资源 可以统一读写K因特网因特网io-net应用程序应用程序进程管理器进程管理器io-graphicsK应用程序应用程序消息总线微内核消息总线微内核122009年3月16日星期一QNX Confidential. All content copyright QNX Software Systems.Instrumented 内核内核?记录过滤事件，存入缓冲，收集与分析记录过滤事件，存入缓冲，收集与分析收集Microkernel状态变化状态变化中断进程中断进程 / 线程 创立系统调用线程 创立系统调用系统性能分析器系统性能分析器事件事件开开 / 关 过滤静态事件过滤用户定义过滤关 过滤静态
