何志明

摘要： OSKit可以用來構(gòu)建操作系統(tǒng)內(nèi)核、外層服務(wù)和其他核心OS功能模塊，包括可用于內(nèi)核的最小化POSIX環(huán)境、物理內(nèi)存、內(nèi)存管理、廣泛的調(diào)試支持，以及高層子系統(tǒng)。開發(fā)者可以用自己編寫的組件來取代OSKit中的部分組件，以滿足特定的需要，也豐富了操作系統(tǒng)的應(yīng)用層。

關(guān)鍵詞：OSKit；組件技術(shù)；操作系統(tǒng)；協(xié)議棧

一、 應(yīng)用OSKit的必要性

一般情況下，探究人員只對操作系統(tǒng)的一些特定領(lǐng)域感喜好，而對于另外一些元素，如啟動加載代碼、核心啟動代碼、設(shè)備驅(qū)動程序和內(nèi)存分配代碼等往往不感喜好，但是一個可運行的原型系統(tǒng)又必須包含這些內(nèi)容。編寫這些基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)延緩了操作系統(tǒng)探究項目的進度，同時也增加了進行操作系統(tǒng)探究的代價。為了解決這一新問題，美國猶他大學(xué)的FLUX探究小組開發(fā)了OSKit，它提供了一個框架和一組模塊化的、具有簡單接口的庫以及一組清楚的、可重用的OS組件。開發(fā)者可以根據(jù)自己的探究喜好或所要考慮的性能來使用這些模塊，或用他們自己的模塊來替代標準的OSKit模塊。

二、 組件技術(shù)簡介

所謂組件，其實就是一種可部署軟件的代碼包，其中包括某些可執(zhí)行模塊。組件單獨開發(fā)并作為軟件單元使用，它具有明確的接口，軟件就是通過這些接口調(diào)用組件所能提供的服務(wù)，多種組件可以聯(lián)合起來構(gòu)成更大型的組件乃至直接建立整個系統(tǒng)。組件的實現(xiàn)必須支持一種或者多種其用戶所希望獲得的接口。為了構(gòu)造新應(yīng)用程序，軟件開發(fā)人員找出適當?shù)慕M件，將這些組件加入到正在開發(fā)中的應(yīng)用程序，同時對應(yīng)用程序進行測試并保證應(yīng)用程序的組裝工作按照預(yù)定的規(guī)劃正常進行。

三、 Oskit組件關(guān)鍵技術(shù)

1、引導(dǎo)程序

從操作系統(tǒng)探究的立場來看，啟動加載器是一個令人不敢喜好的領(lǐng)域，因此OS開發(fā)者通常進行一個最小化、快捷的設(shè)計。由于設(shè)計理念和要求的稍微差別，每個啟動加載器都不適用于下一個OS。為了解決這個新問題，OSKit直接支持多啟動標準，這一標準是由幾個OS項目的成員共同設(shè)計的，它的目的是提供一個簡單而通用的啟動加載器和OS內(nèi)核間的接口，從而答應(yīng)一個啟動加載器加載任何兼容的OS。在進行操作系統(tǒng)探究時，多啟動標準非常有用，這其中的主要原因是啟動加載器在加載內(nèi)核自身的同時還具有加載附加文件或者啟動模塊的能力。

2、核心支持庫

OSKit核心支持庫的主要用途是讓客戶OS更輕易訪問硬件設(shè)施。它包含了一個較大的實用函數(shù)和符號定義的集合，該集合對于管理模式代碼是非常具體的。和此相對應(yīng)，OSKit的大多數(shù)其他庫在用戶模式代碼中通常很有用。和OSKit的其余部分所不同的是，多數(shù)核心支持代碼必須是針對特定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的，而這些特定機器的細節(jié)對客戶OS也是有用的。OSKit核心支持庫仔細地設(shè)置了一個基本的32位執(zhí)行環(huán)境，初始化段和頁轉(zhuǎn)換表，安裝一個中斷向量表，并提供缺省的陷阱和中斷處理程序。該庫在缺省情況下自動地定位所有隨內(nèi)核加載的啟動模塊，并保留它們所在的物理內(nèi)存。

3、內(nèi)存管理庫

如同在一個標準C語言庫中實現(xiàn)的malloc（）一樣，內(nèi)存管理代碼典型地用于用戶空間。通常并不適用于內(nèi)核。設(shè)備驅(qū)動經(jīng)常需要分配特定類型的內(nèi)存，并伴隨具體的調(diào)整屬性。為解決這些內(nèi)存管理新問題，OSKit包含了兩個簡單而靈活的內(nèi)存管理庫摘要：（1）基于隊列的內(nèi)存管理器LMM，它提供了功能強大且高效的原語來進行分配管理，并支持在一個池中管理多種類型的內(nèi)存。（2）地址映射管理器AMM，被設(shè)計用來管理不必直接映射到物理內(nèi)存或虛擬內(nèi)存的地址空間，它對OS的其他方面提供了類似的支持。

4、調(diào)試支持

OSKit的一個最實用的好處是摘要：給定一個適當?shù)挠布O(shè)置，它馬上就能提供給OS開發(fā)者一個完全源代碼級的內(nèi)核調(diào)試環(huán)境。OSKit內(nèi)核支持庫包括一個可用于GNU調(diào)試器（GDB）的串行存根模塊，它在客戶OS環(huán)境中處理陷阱，并使用GDB的標準遠程調(diào)試協(xié)議通過一個串行程序和運行在另一臺機器上的GDB通信。甚至當客戶機OS執(zhí)行自己的陷阱處理時，OSKit的GDB存根模塊也是可用的。假如客戶OS提供適當?shù)你^子，它甚至支持多線程調(diào)試。除了基本的調(diào)試器支持，OSKit也提供了一個內(nèi)存分配調(diào)試庫，它可以跟蹤內(nèi)存分配并檢測一般的錯誤，如緩沖區(qū)溢出和釋放已釋放的內(nèi)存。這個庫提供了和許多普通應(yīng)用程序調(diào)試器相似的功能性，所不同的是它運行在由OSKit提供的最小內(nèi)核環(huán)境中。

5、 設(shè)備驅(qū)動支持

在OS開發(fā)和維護中最艱巨的一個任務(wù)是支持多種多樣的I/O硬件。這些復(fù)雜的設(shè)備常會含有潛在的錯誤，而新硬件的發(fā)布又經(jīng)常伴隨著不兼容的軟件接口。由于這些原因，OSKit采用了為現(xiàn)有內(nèi)核開發(fā)的穩(wěn)定的、經(jīng)過充分測試的驅(qū)動程序。OSKit使用了一種封裝技術(shù)，將現(xiàn)有的驅(qū)動程序代碼基本上未加修改地合并到OSKit中。這些現(xiàn)有的驅(qū)動程序被一個OSKit粘結(jié)代碼層所包裝，從而使得這些驅(qū)動程序可以在和開發(fā)它們的環(huán)境完全不同的環(huán)境中工作。目前，來自Linux的大多數(shù)以太網(wǎng)卡、SCSI和IDE磁盤的設(shè)備驅(qū)動程序被包括進來，總數(shù)超過了五十種。用同樣的方式，來自FreeBSD的八個字符設(shè)備驅(qū)動程序也被包含了進來，它們支持標準PC控制臺和串口及不同的多串口板。

6、協(xié)議棧

OSKit提供了一個完整的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。如同驅(qū)動程序一樣，有關(guān)網(wǎng)絡(luò)的代碼也可以通過封裝機制被合并進來。OSKit當前可以從Linux中獲取網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序，它們是PC平臺可獲得的最大的免費資源。OSKit的網(wǎng)絡(luò)組件繼續(xù)于FreeBSD4.4，它通常被認為具有更多成熟的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。這顯示了使用封裝機制將現(xiàn)有軟件包裝成靈活的組件的第二個優(yōu)點摘要：即從不同的資源中獲取最好的組件，并讓它們一起被使用。

7、文件系統(tǒng)

通過使用封裝技術(shù)，OSKit吸收了NetBSD的基于磁盤的文件系統(tǒng)代碼。NetBSD之所以被選擇為首要資源庫，是因為在可用的系統(tǒng)中，它的文件系統(tǒng)代碼被最清楚地分離了出來，而FreeBSD和Linux的文件系統(tǒng)和它們的虛擬內(nèi)存系統(tǒng)結(jié)合的更緊密。當前，OSKit也把Linux文件系統(tǒng)合并了進來，以便能夠支持多種類型的文件系統(tǒng)格式，如Windows95、OS/2和System V的文件系統(tǒng)格式等等。

總之，采用組件技術(shù)能降低開發(fā)、測試和維護成本，提高可靠性和穩(wěn)定性。OSKit大大減輕了操作系統(tǒng)探究和開發(fā)者的負擔(dān)，可以讓開發(fā)人員避開復(fù)雜的底層，而把喜好集中和他們所感喜好的領(lǐng)域，這不僅滿足了實際客戶系統(tǒng)的需求，也有助于操作系統(tǒng)的探究和開發(fā)。

參考文獻

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