Java虚拟机上实时系统的分析与实现

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1、大连理工大学硕士学位论文0前言实时系统是一种特殊的计算机系统，它的结果的正确性由输出值及其产生时间共同决定，即用户要求实时系统在规定的时间范围内得出正确的运算结果。实时系统主要包括实时控制系统、实时数据库、实时网络和实时多媒体系统等。很多年来实时系统主要用于军事，今天它的应用领域正在变得越来越广泛，其应用范围从手表、微波炉到自动化的工业控制、核动力设备的控制系统、导航系统、计算机辅助测试、医学科学研究，科学仪器等等。实时系统中的软件部分也逐渐成为软件开发中的一个重要分支，在软件产业中占据了一个重要的位置。实时系统与其他普通的系统之问的最大的不同之处就是要满足处理与时间的关系。在实时计

2、算中，系统的正确性不仅仅依赖于计算结果的正确性而且依赖于计算结果产生的时间。所以对于实时系统来说，最重要的要求就是实时系统必须有满足在一个事先定义好的时间限制中对外部或内部的事件进行响应和处理的这种能力。实时系统的这个特点决定了实时系统中需要处理的问题会比通用系统更多，也要求实时系统有更强的计算能力去满足这种要求。随着实时系统应用领域的不断扩大，导致系统的规模也越来越大，软件的规模也随之越变越大。1968年NATO会议(Garmisch，Germany)所提出的“软件危机”今天依然存在，而且比以前更加严重，它的具体表现是：1)对软件的需求远超出现有的生产能力。一方面信息技术的爆炸性增

3、长促进了世界对新软件的空前需求：另一方面，软件系统的规模和复杂性不断增长，而用来开发这些软件的资源没有与上述需求保持同步。以下给出几个应用需求不断增加和规模增大的例子：比如航天飞机有4000万行代码、空间站是10亿行代码：大家比较熟悉的Windows系统也有4500—6000万行代码。而与此同时，我们生产软件的能力却没有得到如此大的提高。2)人们所依赖的软件很脆弱。目前的软件不可靠、缺乏安全性、性能下降、容易出错、难以升级，同时73％的软件项目被延迟、超资、取消或失败：3)开发可靠、安全软件的技术能力不足。过去40年，硬件性能至少跨越了8个重要的阶段，但开发软件的能力未能与硬件提供的

4、机会保持同步。由于“软件危机”的存在，只是依靠那些孤立的方式来分析、设计和开发实时系统是远远不够的，这就对实时软件开发的工程化方向提出了新的要求。它需要尽量减少“软件危机”中存在的问题，这就迫使我们的实时系统分析和设计必须要符合软件工程Java虚拟机上实时系统的研究与实现的开发过程。所以本文在全面分析并系统阐述了实时系统的相关原理之后，提出了在Java虚拟机上设计、实现实时系统这样一种方法。一2一火连理工大学硕士学位论文l绪论1．1背景描述面向对象思想是当前软件产业中发展比较迅速的软件技术和方法，Java作为完全面向对象的编程语言，具有众多很有吸引力的特性：可移槽眭、安全性、强大的类

5、库支持等等。实时软件是近年来应用范围增长速度最快的软件种类之一。本文将在目前已经非常成熟的Java虚拟机上进行实现实时系统相关方法的研究。而随着实时软件需求的发展，原有的开发方法不再适合规模越来越大、越来越复杂的实时软件的开发，同时由于面向对象技术的目趋成熟，并且这一技术也成功地应用于软件开发的各个过程中，使得开发者们转向使用面向对象技术来进行实时软件开发的研究。随着Java语言在应用系统开发中的广泛使用，人们开始考虑把Java语言应用到实时系统软件丌发中。实时Java规范(RTsJ)是Java进程委员会(JCP)收到的第一个实时Java规范请求(JSRl)，包括了以下特性：实时线程

6、、异步事件、可中断无阻塞I／O、物理内存访问、时序调用、计时器。但是，现有的RTⅣM还很不完善：一方面，为了保持连续性，RTSJ在对传统Java的增强过程中本着一个原则，就是不改变原有Java的任何语法。也就是说，在普通ⅣM上能够运行的程序，理论上，可以完全相同的在RTJVM上运行。但是由于工作量很大，现有的RTJVM还没有实现对所有Java类库的改造；另一方藤，可供选择的平台比较少。比如：如果要使用较著名的TimeSysRefimp虚拟机的全部功能，需要使用TimeSys公司的RealtimeLinux：TimeSysLinux。虽然它也能在通用的Linux上运行，但需要损失一些特

7、性[1】。所以，在良好的Java语言工具出现之前，实现高水平面向对象实时编程的方法是提供抽象的应用接121(API)[2]。另一方面，现阶段操作系统重组结构的研究集中在如何在一个复杂的非实时操作系统中运行实时程序，很多有关线程调度和同步的机制得到研究，这些操作系统处理的问题实际是混合调度的问题【4]。在通用操作系统上，例如Windows等环境下，采用实时核实现程序的实时多任务特性。RTX、RTKemel、RTOS等等都是应用广泛的实时核。这种核实际上是添加