分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)：理論與實(shí)踐

譯者序
前言
部分　入門(mén)知識(shí)
第1章　實(shí)時(shí)系統(tǒng)入門(mén)2
1.1　引言2
1.2　什么是實(shí)時(shí)系統(tǒng)2
1.3　基本體系結(jié)構(gòu)3
1.4　實(shí)時(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn)3
1.5　實(shí)時(shí)系統(tǒng)的分類(lèi)4
1.6　示例系統(tǒng)：牛奶灌裝廠5
1.7　本書(shū)大綱6
1.8　復(fù)習(xí)題6
1.9　本章提要6
參考文獻(xiàn)7
第2章　硬件8
2.1　引言8
2.2　處理器體系結(jié)構(gòu)8
2.2.1　單周期數(shù)據(jù)通路9
2.2.2　多周期數(shù)據(jù)通路13
2.2.3　流水線13
2.2.4　微控制器18
2.3　存儲(chǔ)器19
2.3.1　與處理器的接口19
2.3.2　緩存19
2.4　輸入/輸出訪問(wèn)21
2.4.1　輸入設(shè)備接口22
2.4.2　輸出設(shè)備接口22
2.4.3　內(nèi)存映射I/O和隔離I/O23
2.4.4　軟件與I/O的接口23
2.5　多核處理器26
2.6　多處理器27
2.7　復(fù)習(xí)題27
2.8　本章提要28
2.9　練習(xí)題28
參考文獻(xiàn)29
第3章　分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)30
3.1　引言30
3.2　模型30
3.2.1　時(shí)間觸發(fā)和事件觸發(fā)分布式系統(tǒng)30
3.2.2　有限狀態(tài)機(jī)31
3.3　分布式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和中間件33
3.3.1　中間件33
3.3.2　分布式調(diào)度34
3.3.3　動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡35
3.4　實(shí)時(shí)通信35
3.4.1　實(shí)時(shí)流量35
3.4.2　開(kāi)放系統(tǒng)互連模型36
3.4.3　拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)37
3.4.4　實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)鏈路層38
3.4.5　控制器局域網(wǎng)協(xié)議38
3.4.6　時(shí)間觸發(fā)協(xié)議39
3.4.7　實(shí)時(shí)以太網(wǎng)40
3.4.8　實(shí)時(shí)IEEE 802.1140
3.5　分布式實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)41
3.6　分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)示例41
3.6.1　現(xiàn)代化轎車(chē)41
3.6.2　移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)42
3.7　復(fù)習(xí)題43
3.8　本章提要43
3.9　練習(xí)題43
參考文獻(xiàn)44
第二部分　系統(tǒng)軟件
第4章　實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)46
4.1　引言46
4.2　普通操作系統(tǒng)與實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)46
4.3　任務(wù)管理47
4.3.1　UNIX中的任務(wù)管理48
4.3.2　任務(wù)間同步49
4.3.3　任務(wù)間通信51
4.3.4　UNIX進(jìn)程間通信53
4.4　線程53
4.4.1　線程管理53
4.4.2　POSIX 線程54
4.5　內(nèi)存管理57
4.5.1　靜態(tài)內(nèi)存分配57
4.5.2　動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配57
4.5.3　虛擬內(nèi)存57
4.5.4　實(shí)時(shí)內(nèi)存管理58
4.6　輸入/輸出管理59
4.6.1　中斷驅(qū)動(dòng)I/O59
4.6.2　設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序59
4.7　實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)綜述60
4.7.1　FreeRTOS60
4.7.2　VxWorks60
4.7.3　實(shí)時(shí)Linux60
4.8　復(fù)習(xí)題61
4.9　本章提要61
4.10　編程練習(xí)題61
參考文獻(xiàn)62
第5章　實(shí)驗(yàn)性的分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)內(nèi)核的設(shè)計(jì)63
5.1　引言63
5.2　設(shè)計(jì)策略63
5.3　低層內(nèi)核功能64
5.3.1　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和隊(duì)列操作64
5.3.2　多隊(duì)列調(diào)度程序67
5.3.3　中斷處理和時(shí)間管理69
5.3.4　任務(wù)狀態(tài)管理70
5.3.5　輸入/輸出管理72
5.4　高層內(nèi)核功能74
5.4.1　任務(wù)同步74
5.4.2　任務(wù)通信76
5.4.3　使用緩沖池的高級(jí)內(nèi)存管理79
5.4.4　任務(wù)管理80
5.5　初始化81
5.6　測(cè)試DRTK83
5.7　復(fù)習(xí)題84
5.8　本章提要84
5.9　編程練習(xí)題85
參考文獻(xiàn)85
第6章　分布式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和中間件86
6.1　引言86
6.2　分布式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)86
6.2.1　傳輸層接口87
6.2.2　數(shù)據(jù)鏈路層接口87
6.3　實(shí)時(shí)中間件88
6.3.1　實(shí)時(shí)任務(wù)組89
6.3.2　時(shí)鐘同步90
6.3.3　選舉算法94
6.4　DRTK的實(shí)現(xiàn)96
6.4.1　初始化網(wǎng)絡(luò)96
6.4.2　傳輸層接口97
6.4.3　數(shù)據(jù)鏈路層接口任務(wù)100
6.4.4　組管理102
6.4.5　時(shí)鐘同步算法103
6.4.6　環(huán)形結(jié)構(gòu)的領(lǐng)導(dǎo)者選舉104
6.5　復(fù)習(xí)題105
6.6　本章提要105
6.7　編程練習(xí)題106
參考文獻(xiàn)106
第三部分　調(diào)度和資源共享
第7章　單處理器獨(dú)立任務(wù)調(diào)度108
7.1　引言108
7.2　背景知識(shí)108
7.2.1　可調(diào)度性測(cè)試109
7.2.2　利用率109
7.3　調(diào)度策略109
7.3.1　搶占式調(diào)度與非搶占式調(diào)度110
7.3.2　靜態(tài)調(diào)度與動(dòng)態(tài)調(diào)度111
7.3.3　獨(dú)立任務(wù)與非獨(dú)立任務(wù)111
7.4　實(shí)時(shí)調(diào)度算法分類(lèi)112
7.5　時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)調(diào)度113
7.5.1　表驅(qū)動(dòng)調(diào)度113
7.5.2　循環(huán)執(zhí)行調(diào)度114
7.6　基于優(yōu)先級(jí)的調(diào)度116
7.6.1　單調(diào)速率調(diào)度116
7.6.2　早截止期限優(yōu)先調(diào)度118
7.6.3　松弛度優(yōu)先調(diào)度120
7.6.4　響應(yīng)時(shí)間分析120
7.7　非周期性任務(wù)調(diào)度122
7.7.1　基本方法122
7.7.2　周期性服務(wù)器123
7.8　偶發(fā)任務(wù)調(diào)度125
7.9　DRTK的實(shí)現(xiàn)125
7.9.1　單調(diào)速率調(diào)度程序126
7.9.2　早截止期限優(yōu)先調(diào)度程序127
7.9.3　松弛度優(yōu)先調(diào)度程序128
7.9.4　輪詢服務(wù)器129
7.10　復(fù)習(xí)題129
7.11　本章提要130
7.12　練習(xí)題131
參考文獻(xiàn)131
第8章　單處理器非獨(dú)立任務(wù)調(diào)度132
8.1　引言132
8.2　非獨(dú)立任務(wù)調(diào)度132
8.2.1　遲截止期限優(yōu)先算法132
8.2.2　改進(jìn)的早截止期限優(yōu)先算法134
8.3　共享資源任務(wù)的調(diào)度135
8.3.1　火星探路者案例136
8.3.2　基本優(yōu)先級(jí)繼承協(xié)議137
8.3.3　優(yōu)先級(jí)置頂協(xié)議140
8.4　DRTK的實(shí)現(xiàn)141
8.4.1　LDF非獨(dú)立任務(wù)調(diào)度141
8.4.2　優(yōu)先級(jí)繼承協(xié)議142
8.5　復(fù)習(xí)題144
8.6　本章提要144
8.7　練習(xí)題145
參考文獻(xiàn)146
第9章　多處理器與分布式實(shí)時(shí)調(diào)度147
9.1　引言147
9.2　多處理器調(diào)度147
9.2.1　分區(qū)調(diào)度148
9.2.2　全局調(diào)度152
9.3　分布式調(diào)度154
9.3.1　負(fù)載均衡154
9.3.2　聚焦尋址與投標(biāo)方案156
9.3.3　伙伴算法157
9.3.4　消息調(diào)度157
9.4　DRTK的實(shí)現(xiàn)158
9.4.1　中心負(fù)載均衡任務(wù)158
9.4.2　分布式負(fù)載均衡任務(wù)160
9.5　復(fù)習(xí)題161
9.6　本章提要162
9.7　練習(xí)題162
參考文獻(xiàn)162
第四部分　應(yīng)用程序設(shè)計(jì)
第10章　實(shí)時(shí)系統(tǒng)的軟件工程166
10.1　引言166
10.2　軟件開(kāi)發(fā)生命周期166
10.2.1　增量瀑布模型167
10.2.2　V模型167
10.2.3　螺旋模型167
10.3　實(shí)時(shí)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)168
10.4　需求分析與規(guī)格說(shuō)明168
10.5　時(shí)序分析169
10.6　帶數(shù)據(jù)流圖的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)169
10.7　面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)170
10.8　實(shí)時(shí)的實(shí)現(xiàn)方法171
10.8.1　再次討論有限狀態(tài)機(jī)171
10.8.2　時(shí)間自動(dòng)機(jī)173
10.8.3　Petri網(wǎng)173
10.9　實(shí)時(shí)UML176
10.9.1　UML圖解176
10.9.2　實(shí)時(shí)特性177
10.10　實(shí)用的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法178
10.11　復(fù)習(xí)題178
10.12　本章提要179
10.13　編程練習(xí)題179
參考文獻(xiàn)180
第11章　實(shí)時(shí)編程語(yǔ)言181
11.1　引言181
11.2　需求181
11.3　一個(gè)實(shí)時(shí)應(yīng)用程序182
11.4　C/Real-time POSIX182
11.4.1　數(shù)據(jù)封裝和模塊管理182
11.4.2　POSIX線程管理184
11.4.3　異常處理和底層編程187
11.4.4　C/Real-time POSIX過(guò)程控制的實(shí)現(xiàn)187
11.5　Ada189
11.5.1　并發(fā)190
11.5.2　異常處理192
11.5.3　Ada過(guò)程控制的實(shí)現(xiàn)193
11.6　Java194
11.6.1　Java線程194
11.6.2　線程同步195
11.6.3　異常處理196
11.7　復(fù)習(xí)題196
11.8　本章提要197
11.9　編程練習(xí)題197
參考文獻(xiàn)197
第12章　容錯(cuò)198
12.1　引言198
12.2　概念和術(shù)語(yǔ)198
12.3　故障分類(lèi)199
12.4　冗余199
12.4.1　硬件冗余200
12.4.2　信息冗余200
12.4.3　時(shí)間冗余202
12.4.4　軟件冗余202
12.5　容錯(cuò)實(shí)時(shí)系統(tǒng)204
12.5.1　靜態(tài)調(diào)度204
12.5.2　動(dòng)態(tài)調(diào)度204
12.6　分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的容錯(cuò)205
12.6.1　失效分類(lèi)205
12.6.2　再次討論任務(wù)組206
12.7　DRTK的實(shí)現(xiàn)208
12.8　復(fù)習(xí)題210
12.9　本章提要211
12.10　練習(xí)題211
參考文獻(xiàn)212
第13章　案例研究：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的環(huán)境監(jiān)控213
13.1　引言213
13.2　基本思想213
13.3　需求規(guī)格說(shuō)明213
13.4　時(shí)序分析和功能規(guī)格說(shuō)明214
13.5　生成樹(shù)和簇214
13.6　設(shè)計(jì)思路217
13.7　葉子節(jié)點(diǎn)218
13.7.1　高層設(shè)計(jì)218
13.7.2　詳細(xì)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)219
13.8　中間節(jié)點(diǎn)224
13.8.1　高層設(shè)計(jì)224
13.8.2　詳細(xì)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)226
13.9　簇頭節(jié)點(diǎn)228
13.9.1　高層設(shè)計(jì)228
13.9.2　詳細(xì)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)229
13.10　匯聚節(jié)點(diǎn)230
13.11　測(cè)試231
13.12　使用POSIX線程的替代實(shí)現(xiàn)233
13.13　本章提要233
13.14　編程練習(xí)題233
參考文獻(xiàn)233
附錄A　使用偽代碼的一些約定234
附錄B　低層內(nèi)核函數(shù)238