[发明专利]一种利用事件总线技术的微内核架构的设计方法

说明书

本发明公开了一种利用事件总线技术的微内核架构的设计方法，应用程序和系统服务在受限用户态上运行，通过事件总线进行通信或交换数据；在微内核架构中定义事件总线以及相应的IPC通信原语，用户态进程通过调用IPC原语陷入内核态，实现用户态进程间的数据交互；在IPC层，事件被发送到相应的事件总线上，由事件总线调度器分发给相应的用户态进程；根据调用者的选择，运用服务调用接口或事件驱动接口，通过IPC通信原语生成事件并发送；服务执行完成后，通过IPC原语将结果事件返回给应用程序。本发明通过引入事件总线技术，在把任意类型的通信数据对象抽象为统一事件的基础上，以零拷贝方式实现了新颖高效通用的IPC机制，解决了微内核操作系统设计中的关键性能难题。

技术领域

本发明涉及微内核操作系统技术领域，具体涉及一种利用事件总线技术的微内核架构的设计方法。

背景技术

嵌入式设备的普及对操作系统的可扩展性、可移植性、兼容性提出日益增长的要求，因此，仅提供操作系统核心功能的内核精简版本，即微内核操作系统变得越来越流行，如NOVA，zephyr等开源系统。微内核操作系统的主要特点是在核心中仅提供最基本的功能，而将传统宏内核操作系统核心中的大部分功能放到核心以外。微内核操作系统相比于宏内核操作系统虽然性能有一定下降，但是由于微内核的大部分系统功能置于内核以外，使得内核的复杂度大为降低，内核代码量大为缩小。所以微内核的优点是显而易见的，微内核支持模块化，扩展更加容易；微内核由于代码量小，更易于维护和更新；微内核中各模块的耦合性大为降低，一个模块出现问题不会导致整个系统的崩溃。

微内核操作系统把大量的系统服务置于微内核之外，不同于宏内核操作系统的直接函数调用，它的用户程序和系统服务、系统服务之间都是采取IPC(Inter-ProcessCommunication，进程间通信机制)进行通信。这样在微内核结构的操作系统中就存在着大量的IPC通信。因此，IPC通信性能是微内核操作系统的重要性能指标之一。

然而目前微内核操作系统中采用的传统IPC通信机制存在一些缺陷：传统IPC中消息(事件)需要进行复制，会给操作系统带来额外的系统开销；消息(事件)在发送完成前后需要进行编解码操作，与此同时会丧失类型安全性，而且还会带来额外的复杂性；事件句柄的调用只带有事件(消息)信息，需要额外分配堆对象来在句柄间共享数据，增加了内存管理的负担；事件驱动往往是一个单线程循环，不易充分利用多(核)CPU资源。

基于上述问题本发明采用事件总线的机制来发送事件，同时会采用基于事件驱动的服务接口形式，将服务以事件的方式进行传递，以零拷贝方式实现了新颖高效通用的IPC机制，并且增加了系统的安全性。

发明内容

本发明为了克服现有技术中的不足，提出了一种利用事件总线技术的微内核架构的设计方法，采用事件总线的机制来发送事件，同时会采用基于事件驱动的服务接口形式，将服务以事件的方式进行传递，以零拷贝方式实现了新颖高效通用的IPC机制，并增加了系统的安全性。

本发明提出的利用事件总线技术的微内核架构的设计方法，包括以下步骤：

步骤一：将应用程序执行时需要访问的系统资源和硬件接口、输入输出接口、第三方或自定义功能接口等统一抽象为事件驱动的服务；应用程序、系统或第三方驱动和服务等功能模块运行在隔离的用户态地址空间中，通过事件总线进行收发事件或通信；

步骤二：系统服务调用和结果返回通过可完全定制化的事件(或消息)进行，系统提供事件的转发和生命周期等内核态功能。在应用程序调用到返回结果数据的过程中，事件数据不存在拷贝动作；

步骤三：在服务端，通过内核注册对应服务接口所需数据类型的事件的事件源，并通过同步原语等待属于此类事件源的事件的到来；

步骤四：客户端或应用程序通过调用服务提供的代理接口，或者内核提供的IPC接口，生成对应服务接口事件源的事件并发送，同时等待结果事件的到来；