基于x86架构的微内核操作系统的研究与实现

发布时间：2021-05-09 13:10

　　随着当代信息社会的快速发展,未来社会对安全可信的需求越来越高。就操作系统领域而言,当前主流操作系统都是宏内核架构。这种架构在安全性以及灵活性上相比于微内核架构就有着一定的劣势。所以近年来全球的科学研究者以及企业开发者对微内核架构的研究兴趣越来越浓厚。本文通过对比宏内核与微内核架构,发现微内核架构的这种特点是符合未来操作系统发展需求的。认为宏内核架构是一种面向未来的操作系统架构,也是未来操作系统发展的一个重要方向。本论文以在Arm架构中开发的DeHyp微内核为基础对微内核架构进行了系统的研究。在微内核架构方面,对该架构进行了研究并分析了其架构的优缺点,然后以DeHyp微内核为微内核架构典型刨析了其各个组成模块:进程调度管理模块,内存管理模块,中断管理模块,进程间通信管理模块以及权能管理模块;在实现平台方面,分析研究了x86架构中一些与CPU相关的硬件机制:包括分段机制,分页机制与硬件支持的多任务机制;在引导启动方面,研究了一些现代操作系统中常用的引导方式及其特点。在完成以上相关技术研究以后,本文设计了能够深入融合DeHyp微内核与x86架构的方案,设计并实现了适用于微内核的通用引导方式,... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 微内核技术的发展历史
        1.2.2 国内外微内核操作系统
    1.3 研究内容与相关工作
    1.4 章节安排
第二章 相关技术基础
    2.1 微内核架构
        2.1.1 微内核架构简介
        2.1.2 微内核架构可信的特点
    2.2 DeHyp微内核
        2.2.1 进程调度管理
        2.2.2 内核内存管理
        2.2.3 中断管理
        2.2.4 进程间通信管理
        2.2.5 权能管理机制
    2.3 微内核的引导
        2.3.1 引导程序简介
        2.3.2 Bootloader
        2.3.3 x86 中的引导系统
        2.3.4 Multiboot Specification
    2.4 X86 架构CPU的硬件机制
        2.4.1 分页与分段机制
        2.4.2 多任务硬件支持
    2.5 本章小结
第三章 x86架构中微内核的总体设计与实现
    3.1 系统整体结构
    3.2 系统引导设计
        3.2.1 Multiboot Specification引导规范
        3.2.2 入口程序的设计
        3.2.3 X86 架构相关底层汇编
        3.2.4 内核镜像的设计
        3.2.5 系统引导的实现
    3.3 x86 架构中微内核的设计与实现
        3.3.1 GDT与 IDT
        3.3.2 定时器管理设计
        3.3.3 地址空间设计
        3.3.4 任务管理设计
        3.3.5 微内核初始化的实现
    3.4 微内核的安全增强设计
        3.4.1 安全引导验证
        3.4.2 内核镜像的加密保护
    3.5 本章小结
第四章 安全的快速IPC的设计与实现
    4.1 微内核中存在的问题
    4.2 微内核中IPC优化相关研究
    4.3 物理页面交换算法设计与实现
    4.4 段基址交换算法设计与实现
    4.5 本章小结
第五章 安全和性能测试实验与结果分析
    5.1安全功能测试实验
        5.1.1 安全引导功能验证
        5.1.2 内核镜像加密保护功能验证
    5.2 PPEA与 SBEA算法性能测试
    5.3 本章小结
第六章 全文总结与展望
    6.1 全文工作总结
    6.2 存在的不足
    6.3 未来的研究与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果



本文编号：3177360