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嵌入式OS内核态TCP套接字优化与应用研究

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嵌入式OS内核态TCP套接字优化与应用研究

作者：任鹏辉西安工业大学

学位级别：硕士

随着嵌入式操作系统的发展,越来越多的航空电子等关键领域所需要实现的功能都被应用于分区环境中。因为分区系统内部十分复杂,分区中的多个应用进程可能需要同时进行数据通信或者信息传输,而传统的进程间通信方式存在很多问题,进程间通... 详细信息

随着嵌入式操作系统的发展,越来越多的航空电子等关键领域所需要实现的功能都被应用于分区环境中。因为分区系统内部十分复杂,分区中的多个应用进程可能需要同时进行数据通信或者信息传输,而传统的进程间通信方式存在很多问题,进程间通信的效率不高,需要对数据进行多次访问且数据传输时不能超过最大传输量。使用套接字提供的函数接口进行网络数据通信已经被广泛地应用于网络协议栈的研发,因此通过某国产化操作系统的研发过程,重点对其网络协议栈中应用层与传输层之间的socket层进行了研究,进而实现内核态TCP套接字在某国产化OS中的优化设计与应用,保证了操作系统的国产化,提升了数据通信的安全防护能力。主要研究工作如下:（1）提出了一种优化函数接口和虚拟化SOCKET技术的方法。通过对国产操作系统整体框架的分析,提出了一种优化设计国产操作系统的socket函数接口的方法,为实现分区间通信奠定了良好的基础,而在多分区的通信设备中,由于socket并发而引起的网卡不足以及资源访问冲突等问题,虚拟化socket技术则很好地解决了他们,使其网络资源得到了共享,所以本文将上述两种思路综合起来对socket进行优化设计。（2）提出了一种对内核态TCP套接字进行优化设计的方法。首先对传统操作系统中的socket结构体进行了分析,结合其优缺点,优化设计了用于某国产操作系统中的socket结构体,同时通过端口可以完成分区间的通信,而通信端口间的互联互通规则是由通道提供,因此在socket结构中增加了分区号和通道编号等属性,从而对分区间的socket数据接收和发送过程进行了设计,而对于socket层内核态函数的优化是通过去除掉一些冗余的函数功能实现的,例如在内核态listen函数中,去除掉了将IP地址的调试值进行打印等功能,很大程度上减少了内核的代码量。（3）TCP套接字的实现与测试。首先在Linux环境下对优化设计的内核态TCP套接字的数据传输功能进行了简单的通信功能测试,测试成功后再移植到国产某嵌入式OS中进行测试,测试结果表明,TCP套接字不仅能够实现正常的数据通信功能,与传统的操作系统相比,国产某操作系统中的socket通信在低CPU利用率和高吞吐量方面具有更好的表现;然后在TCP套接字通信过程中,为了进行实时、单独的数据传递并获得及时响应,提出了禁用Nagle算法的方法,同时为了能够使网络数据传输过程中尽可能的利用可用带宽,提出了调节TCP通告窗口机制的方法;最后将TCP套接字与应用层FTP协议相结合,实现了上传文件和下载文件的功能。

关键词：嵌入式操作系统内核态 TCP套接字协议栈通信机制

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Linux下用户态和内核态内存共享的实现

电脑编程技巧与维护 2011年第4期 25-27页

作者：陈浩江苏食品职业技术学院计算机应用技术系淮安223003

共享内存是进程间通信中最简单的方式之一。共享内存允许两个或更多进程访问同一块内存,就如同malloc()函数向不同进程返回了指向同一个物理内存区域的指针。因为所有进程共享同一块内存,共享内存在各种进程间通信方式中具有最高的效率... 详细信息

共享内存是进程间通信中最简单的方式之一。共享内存允许两个或更多进程访问同一块内存,就如同malloc()函数向不同进程返回了指向同一个物理内存区域的指针。因为所有进程共享同一块内存,共享内存在各种进程间通信方式中具有最高的效率。主要介绍Linux下基于Netlink机制的用户态和内核态内存共享的实现。

关键词：内核态用户态 netlink 共享内存

Linux系统中1553B总线内核态驱动开发研究

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潍坊学院学报 2013年第2期13卷 20-27页

作者：高丽丽霍燃潍坊学院山东潍坊261061 上海贝尔阿尔卡特有限公司上海201206

本文开发了基于Linux系统的1553B总线内核态驱动程序,分析了1553B总线的内核态驱动程序并充分利用Linux系统中的Tasklet等下半部机制开发了相应的中断处理程序,同时对通信协议层进行了大量的优化。最后通过实验对驱动程序的性能进行了测... 详细信息

本文开发了基于Linux系统的1553B总线内核态驱动程序,分析了1553B总线的内核态驱动程序并充分利用Linux系统中的Tasklet等下半部机制开发了相应的中断处理程序,同时对通信协议层进行了大量的优化。最后通过实验对驱动程序的性能进行了测试,并和目前已有的用户态驱动程序的性能进行了比较。测试结果表现良好,大大降低了整个1553B总线通信系统的成本,有望使1553B总线通信系统在工业领域得到普遍应用。

关键词：可靠性实时性内核态下半部机制中断处理程序

一种Windows中内核态和用户态之间交互数据的方法在基于PC的开放式数控系统中的应用

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电脑知识与技术 2011年第6期7卷 3766-3767页

作者：牟凤林上海交通大学自动化系上海201108

在基于Windows平台的开放式的数控系统中，内核态程序和用户态程序之间的数据交互非常大，而且效率往往不高，该文提出一种使用Windows的内存映射技术实现高速数据交互的技术，能有效地解决数据交互慢的问题。

关键词：数据交换双向缓冲区内核态用户态开放式数控系统 Windows平台

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基于内核态Vxd驱动的端口访问实现

航空计算技术 2005年第1期35卷 111-113页

作者：薛纪文吴涛西安工程科技学院计算机学院陕西西安710048

通过调用执行于内核态的Vxd设备驱动程序间接实现对端口的访问控制,提高端口访问的安全性。文章讨论了Windows核心结构、内核态设备驱动程序模型及实现原理,重点分析了基于Vxd驱动程序对端口的访问方法及实现过程,并给出了并口控制的驱... 详细信息

通过调用执行于内核态的Vxd设备驱动程序间接实现对端口的访问控制,提高端口访问的安全性。文章讨论了Windows核心结构、内核态设备驱动程序模型及实现原理,重点分析了基于Vxd驱动程序对端口的访问方法及实现过程,并给出了并口控制的驱动程序实例。

关键词：内核态 Vxd 虚拟机 I/O请求包

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如何在用户态及内核态访问注册表

河北省科学院学报 2005年第3期22卷 23-25页

作者：袁达王惠丽河北省科学技术厅河北石家庄050021 中诺药业(石家庄)有限公司河北石家庄050051

主要论述了如何运用Visual C++在用户态编程实现对注册表的访问,并给出了具体的实例;以及内核态如何访问注册表,在编写驱动程序时调用内核函数Native API可实现对注册表的完全操作。

关键词：注册表用户态内核态内核函数

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难得一见的内核态死循环

程序员 2014年第6期 128-131页

作者：张银奎

一般认为，只有刚学编程的人才会犯死循环这样的错误。但随着软硬件的复杂化，职业选手也常常“白摆乌龙”。本期就介绍这样一个真实的案例。

关键词：死循环内核态软硬件编程

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基于DPDK的数据转发模块设计与实现

基于DPDK的数据转发模块设计与实现

作者：袁登博战略支援部队信息工程大学

学位级别：硕士

近年随着信息技术的快速发展,高并发场景的网络应用逐渐多元化,海量网络流量给承载业务的网络设备带来了巨大的挑战,对网络流量处理性能提出了更高的要求。针对提高网络流量处理性能这一核心问题,本文主要从提升单个网络设备的网络流量... 详细信息

近年随着信息技术的快速发展,高并发场景的网络应用逐渐多元化,海量网络流量给承载业务的网络设备带来了巨大的挑战,对网络流量处理性能提出了更高的要求。针对提高网络流量处理性能这一核心问题,本文主要从提升单个网络设备的网络流量处理能力和集群流量分发机制两个大方面进行研究。首先,针对单个网络设备的网络流量处理能力问题,本文从软件层面采用DPDK技术对单个网络设备的网络流量处理能力进行提升,又进一步针对DPDK技术没有协议栈,不支持OSI模型四层以上协议业务的问题,本文根据DPDK的技术特点设计并实现一种用户态协议栈,并提供了一组接口函数。开发人员可以通过调用对应的接口函数使用DPDK技术进行TCP和UDP的数据通信。其次,针对集群流量分发机制问题,本文提出一种动态加权反馈负载均衡算法进行性能优化。该算法通过周期性收集后端网络设备CPU利用率、内存利用率、磁盘IO和网络带宽利用率等信息,根据后端网络设备当前状态设定负载分发策略。采用该算法能够根据当前时刻网络设备的状况更新负载分配方式。通过对Nginx的应用和移植,对本文所设计的用户态协议栈以及动态加权反馈负载均衡算法进行性能测试,并选取响应时间和实际并发数作为性能测试指标。实验结果表明本文提出的用户态协议栈以及动态加权反馈算法,能够很好提升了网络报文的处理性能。最后,本文将用户态协议栈以及动态加权反馈负载均衡算法应用到某信令检测和解析项目的数据转发模块中。应用结果表明,将本文设计的用户态协议栈以及动态加权反馈负载均衡算法能够有效提升了项目中信令检测和解析业务的效率。本文从单个网络设备的网络处理能力和集群流量分发机制两个方面进行研究,分别设计了基于DPDK的用户态协议栈以及动态加权反馈负载均衡算法,并将其应用到某信令检测和解析项目中的数据转发模块。实验表明本文提出的研究方法合理有效,能够提升网络报文的处理性能以及信令检测和解析业务的效率。

关键词： DPDK 内核态用户态协议栈负载均衡动态加权

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资讯·企业

中国信息界 2023年第5期 10-11页

华为:发布终端防护与响应系统9月12日,华为终端防护与响应EDR新品发布。据华为数据通信产品线威胁防御专家谈晶介绍,此次推出的华为终端检测与响应系统,依靠终端和云端的强大算力和智能算法,从端到端保护企业数字化资产。据了解,在华为... 详细信息

华为:发布终端防护与响应系统9月12日,华为终端防护与响应EDR新品发布。据华为数据通信产品线威胁防御专家谈晶介绍,此次推出的华为终端检测与响应系统,依靠终端和云端的强大算力和智能算法,从端到端保护企业数字化资产。据了解,在华为终端防护与响应EDR新品数据采集架构中,EDR内核态可以实现对系统进程、文件、注册表、网络等资源的监控,通过内核事件过滤器完成数据筛选;用户态可以对内核生成的事件进行处理.

关键词：响应系统数据采集注册表终端防护用户态内核态系统进程数据筛选