WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 16 |
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ Сборник трудов молодых ученых и сотрудников кафедры ВТ Выпуск 2 Санкт-Петербург 2011 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ Сборник трудов молодых ученых и сотрудников кафедры ВТ Выпуск 2 Санкт-Петербург 2011 Сборник трудов молодых ученых и сотрудников кафедры ВТ / Под ред. д.т.н., проф. Т.И. Алиева. СПб: СПбГУ ИТМО, 2011. – 100 с.

Сборник содержит статьи студентов, аспирантов и сотрудников кафедры ВТ, отобранные по результатам докладов, представленных на XXXIX Научной и учебно-методической конференции СПбГУ ИТМО, а также на 2-й Научнопрактической конференции молодых ученых «Вычислительные системы и сети (Майоровские чтения)», состоявшихся в 2010 г. Целью конференции является ознакомление научной общественности с результатами исследований, выполненных студентами, аспирантами и сотрудниками кафедры ВТ в рамках научного направления «Организация вычислительных систем и сетей», программы развития Национального исследовательского университета, аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2006—2010 гг.)», Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (2009—2013 гг.), а также в ходе выполнения научноисследовательских и опытно-конструкторских работ, проводимых по заказу предприятий и организаций Санкт-Петербурга.

В 2009 году Университет стал победителем многоэтапного конкурса, в результате которого определены 12 ведущих университетов России, которым присвоена категория «Национальный исследовательский университет». Министерством образования и науки Российской Федерации была утверждена Программа развития государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики» на 2009–2018 годы.

© Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ Сборник трудов молодых ученых и сотрудников кафедры ВТ Выпуск СОДЕРЖАНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ......................................................................................................................... ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Иванов Е. Ю., Тимченко Б. Д. Разработка модульной операционной системы MINIX 3........................................................................................................................... Янчук К. В., Примакина А. А. Материализация XML-документов, содержащих вложенные XML-запросы.............................................................................................. Кононенко И. В. Влияние метаданных на ранжирование результатов поиска.............. Фдоров В. А. Оценка затрат на параллелизацию при разработке многопоточных приложений..................................................................................................................... Махмудова Э. Л. Мониторинг ИТ-сервисов с использованием программы System Center Operations Manager.............................................................................................. Иванов Д. С. Опыт управления физической памятью в гипервизоре VMWARE ESX 4...... Маслобоев А. В., Шишаев М. Г. Архитектура информационных систем поддержки развития инноваций....................................................................................................... Захаров И. Д. Алгоритм вычисления нормальных децимаций М-последовательностей.............................................................................................................................. КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ И СЕТИ Емельянов Д. В. Система автоматического тестирования лабораторных работ по программированию........................................................................................................ Ильин Е. В. Разработка автоматизированной системы климатических испытаний...... Богатырв С. В., Лежнин В. А., Красиков А. Г. Система распределенного блочного хранения данных............................................................................................................ Моряхин С. А., Астахова М. А., Андриенко Е. А. Создание автономного летательного аппарата типа «квадрокоптер».............................................................. МОДЕЛИРОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМ И СЕТЕЙ Соснин В. В., Шинкарук Д. Н. Моделирование маршрутизатора с поддержкой методов QoS в среде ns-3............................................................................................... Осипов А. В. Расчет надежности передачи пакета данных между двумя узлами сети ZigBee.............................................................................................................................. Сборник трудов молодых ученых и сотрудников кафедры ВТ 4 СОДЕРЖАНИЕ Киров Д. А. Применение имитационных моделей для исследования характеристик беспроводных сенсорных сетей.................................................................................... Быковский С. В. Применимость нейронных сетей к задачам обработки сигналов RFID-меток...................................................................................................................... Бурмакин Н. Г. Унифицированный способ параметризации приоритетных стратегий управления трафиком.....................................................................................................



Асафьев Г. К. Параметризация сложных сетевых структур в ns-3................................... МЕТОДЫ И СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ Ильин Е. В., Оголюк А. А. Обеспечение достаточности набора механизмов защиты информации..................................................................................................................... Сафронов А. Г., Жирков И. О. Анализ уязвимостей в системе обработки пользовательского ввода................................................................................................ Березовская Ю. И., Чежина О. М. Средства обеспечения безопасности Javaприложений..................................................................................................................... КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ Катериненко Р. С. Реляционный логический вывод........................................................ Кузьмин В. В. Проблемы верификации самосинхронных схем....................................... Малеев Н. Н. Исследование беспроводных сенсорных сетей.......................................... Самохин О. А. Анализ характеристик приоритетных систем для различных схем дообслуживания.............................................................................................................. Колюшин С. А. Перспективы использования корректирующих кодов в псевдослучайных кодовых шкалах................................................................................................ SUMMARY................................................................................................................................... Сборник трудов молодых ученых и сотрудников кафедры ВТ ПРЕДИСЛОВИЕ Уважаемый читатель! Вашему вниманию предлагается 2-й выпуск Сборника трудов молодых ученых и сотрудников кафедры вычислительной техники (ВТ) Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики. Многие годы кафедра ВТ ведет подготовку специалистов высшей квалификации в области информатики и вычислительной техники. С 2011/12 учебного года на кафедре начинается подготовка бакалавров и магистров по новому направлению — «Программная инженерия».

Подготовка высококвалифицированных специалистов в указанных областях невозможна без эффективно организованной научно-исследовательской работы, позволяющей сочетать теоретические знания с практическими разработками, выполняемыми студентами и аспирантами под руководством опытных преподавателей и научных сотрудников кафедры.

Проводимые на кафедре научные исследования охватывают такие актуальные направления, как проектирование и разработка встроенных информационно-управляющих систем, проектирование, разработка, сопровождение и реинжиниринг корпоративных информационных систем, математическое моделирование и разработка методов анализа и системотехнического проектирования вычислительных систем и сетей различных классов, разработка и внедрение методов и средств защиты информации и обеспечения информационной безопасности.

В сборник включены научные статьи студентов, аспирантов и сотрудников кафедры ВТ, отобранные по результатам докладов, представленных на XXXIX Научной и учебнометодической конференции СПбГУ ИТМО, а также на 2-й Научно-практической конференции молодых ученых «Вычислительные системы и сети (Майоровские чтения)», состоявшихся в 2010 г.

Статьи представлены в разделах сборника «Информационные технологии», «Компьютерные системы и сети», «Моделирование компьютерных систем и сетей», «Методы и системы защиты информации»; заключительный раздел сборника содержит краткие сообщения по промежуточным результатам работ, выполняемых на кафедре в настоящее время.

Заведующий кафедрой ВТ СПбГУ ИТМО, Заслуженный работник высшей школы РФ, д.т.н., профессор Т. И. АЛИЕВ Сборник трудов молодых ученых и сотрудников кафедры ВТ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УДК 004.РАЗРАБОТКА МОДУЛЬНОЙ ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ MINIX Е. Ю. Иванов, Б. Д. Тимченко Описывается опыт участия авторов в работе исследовательской группы, возглавляемой профессором Э. Таненбаумом. На примере разработки драйвера FPU и файловой системы ext2, реализованных по контракту для MINIX 3, проанализированы требования к участникам подобных проектов.

Ключевые слова: операционная система, микроядро, MINIX, MINIX 3, ext2, FPU.

За последнее десятилетие значительно возросла производительность средств вычислительной техники, поэтому основное внимание при исследовании операционных систем (ОС) направлено на повышение надежности (reliability), доступности (high availabililty) и отказоустойчивости (fault tolerance). Для этого используются различные подходы, один из самых популярных — реализация ОС в виде микроядра. MINIX3 — модульная (микроядро), самовосстанавливающаяся, POSIX-совместимая операционная система. Проект возглавляет профессор Э. Таненбаум, цель проекта — создание высоконадежной, гибкой и безопасной операционной системы. MINIX 3 предназначена для систем, где требуется высокая надежность и/или работа при ограниченных ресурсах.

Система приобрела широкую известность благодаря книге Э. Таненбаума [1], которая является уникальным пособием по разработке операционных систем. Именно на основе ОС MINIX изначально была создана ОС Linux. Файловая система Linux ext2 является продолжением разработки MFS (Minix File System).

MINIX действительно является микроядром: только 6000 строк (для сравнения: ядро Linux 2.6.0 составляют 6 млн строк).





Остальные части ОС разделены на небольшие изолированные друг от друга модули, которые выполняются как пользовательские процессы. Таким образом, ошибка в драйвере диска, например, не приведет к отказу всей системы. Более того, драйвер будет автоматически (за это отвечают специальные процессы, серверы реинкарнации, работающие по принципу Heart Beat) перезапущен без перезагрузки системы.

Такая структурная организация позволяет достичь более высокой надежности, но при этом связь между компонентами значительно усложняется. Если в монолитном ядре части системы могут вызывать друг друга и использовать общие структуры данных непосредственно, то в микроядре приходится реализовывать сложный механизм межпроцессного взаимодействия.

Изначально проект MINIX 3 [2] был ориентирован на:

— системы повышенной надежности (на данный момент основное направление работы);

— системы на кристалле (Single-chip), low-RAM, low-power, ноутбук за 100 долларов для детей стран третьего мира;

— встроенные системы (камеры, DVD-рекордеры, мобильные телефоны);

— системы, на которые лицензии GPL не распространяются (MINIX 3 распространяется под лицензией системы BSD);

— образование (университетские курсы по операционным системам).

Сборник трудов молодых ученых и сотрудников кафедры ВТ 8 ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В 1975 г. вышла ОС UNIX V6, а в 1977 г. была опубликована первая монография [3], описывающая ее реализацию. Система была открытой и бесплатной, поэтому получила широкое распространение в академических кругах, послужила основой для большого числа курсов, посвященных ОС. Cледующая версия UNIX была выпущена под новой лицензией, не позволяющей применять систему в учебных курсах. Профессор Таненбаум реализовал собственный клон ОС UNIX.

С 2004 г. на базе MINIX 3 осуществляются исследования в области надежности и отказоустойчивости операционных систем. Группа исследователей состоит из пяти аспирантов, нескольких магистров, небольшого числа студентов-ассистентов и четырех программистов.

Программисты обеспечивают «инфраструктуру», необходимую для исследований: потоки ядра (kernel threads), виртуальная память, виртуальная файловая система, драйверы устройств, портирование таких приложений, как X Window System, apache, gcc, g++, perl, git и т.д. Это ПО необходимо, чтобы работа проводилась на полноценной функциональной системе, т.е. результаты были менее абстрактными. Исследовательская работа осуществляется аспирантами Таненбаума в рамках их диссертаций, в основном это различные подсистемы, обеспечивающие обнаружение и исправление ошибок в системе. Основные направления работы команды: оптимизация ОС для работы на нескольких ядрах, Live Update, исследования в области файловых систем. Более подробно ход исследований описан в статье [4].

В 2008 г. Евросоюз выделил группе грант в размере 2,5 млн евро на 5 лет исследований.

Именно это и позволило автору принять участие в работе группы, в частности, получить контракт на реализацию драйвера FPU, а затем файловой системы ext2.

Для MINIX 3 был реализован драйвер FPU (строго говоря, это не драйвер, а просто часть ядра. Такое название проекта предложено Таненбаумом). В рамках этого проекта так же была реализована поддержка MMX и SSEx-инструкций.

На момент включения в группу разработчиков в MINIX 3 отсутствовала поддержка аппаратного FPU (floating-point unit, математический сопроцессор). Это затрудняло портирование и использование большого количества приложений, также возникали определенные сложности с использованием компиляторов (приходилось поддерживать собственную библиотеку программного FPU).

В состав FPU (x86) входит восемь регистров данных, регистр управления, регистр состояния, регистры-указатели команд и данных (последний операнд), регистр кода команды и регистр тегов. В простой реализации делается допущение, что регистры FPU ничем не отличаются от регистров общего назначения. Проблема в том, что многие процессы не используют FPU либо используют его очень редко. В целях оптимизации архитектура IA-32 (также известная как i386, x86-32, x86) позволяет выполнять отложенное («speculative deferral of floating-point state swaps on task switches» в документации Intel [5]) сохранение состояния FPU. Такое переключение контекстов часто называют «ленивым».

При таком переключении контекстов процессов ОС должна соответствовать следующим требованиям.

— Ядро должно сохранять информацию о процессе, который использует FPU. Это может быть процесс, отличный от выполняемого.

— Исключения FPU являются асинхронными.

— Ядро должно игнорировать «ложные» исключения.

Почти весь код, включая тесты, написан на языке Си (порядка 600 строк), и лишь незначительная часть на ассемблере (30 строк). Основная сложность заключалась в том, что подобные проекты требуют хорошего знания архитектуры процессоров x86 (в частности, организации многозадачности) и навыков отладки ядра. Так как часть кода затрагивает инициализацию системы (настройка контрольных регистров процессора и установка обработчиков прерываний), отладка была возможна только с помощью вывода сообщений в последовательный порт.

Сборник трудов молодых ученых и сотрудников кафедры ВТ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ На реализацию и тестирование ушло 6 недель, а через полгода код был включен в стабильный релиз MINIX (3.1.6). Такой длительный срок обусловлен тем, что к качеству кода, включаемого в систему, предъявляют высокие требования: весь код проходит тщательную проверку практически всей командой MINIX.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 16 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.