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第1章　引言1

1.1 什么是实时系统1

1.2　实时系统的特点3

1.3　分布式实时系统的引入4

1.4　分布式实时系统的优点5

1.5　分布式实时系统存在的问题6

1.6　实时操作系统是实时系统软件的基础7

2.1.1　系统资源的管理者8

2.1 实时操作系统的功能8

第2章　实时操作系统概述8

2.1.2　硬件功能的扩充9

2.2　系统调用命令10

2.2.1 实时操作系统与实时任务的接口10

2.2.2　监控态与用户态10

2.2.3 中断和中断处理11

2.2.4　系统调用命令的实现11

2.3　用户实时应用系统的建立和启动14

2.3.1 “ROOT”任务和“IDLE”任务14

2.3.2 “BACKGROUND”任务和“IDLE”任务16

2.4　实时操作系统的内部结构17

2.4.1　整体式模型17

2.4.2　客户／服务器模型18

第3章　实时任务管理21

3.1 实时任务的概念21

3.1.1 用顺序执行的程序实现实时应用系统21

3.1.2　用并发执行的任务实现实时应用系统22

3.1.3　实时任务的分解24

3.1.4　实时任务的状态25

3.1.5　任务控制块TCB27

3.1.6　操作任务队列和任务状态的几个函数29

3.2　实时任务的调度31

3.2.1　速率单调算法31

3.2.2　截止期最早优先算法34

3.2.3　可达截止期最早优先算法35

3.2.4　最小裕度算法37

3.2.5　其他的实时调度算法40

3.2.6　实时任务的可调度性40

3.3.1 实时任务的建立43

3.3　实时任务的管理43

3.3.2　实时任务的启动47

3.3.3　实时任务的重新启动49

3.3.4　实时任务的暂停运行50

3.3.5　实时任务的恢复运行52

3.3.6　实时任务的退出运行54

3.3.7　返回码的处理56

3.3.8　其他任务管理的系统调用命令57

3.4.2　生产者-消费者问题58

3.4.1　临界区58

3.4　实时任务的通信、同步和互斥问题58

3.5 信号量59

3.5.1　信号量的数据结构59

3.5.2　信号量的建立61

3.5.3　信号量的操作63

3.5.4　信号量的删除66

3.5.5　利用信号量进行互斥控制68

3.5.6　利用信号量解决生产者和消费者问题70

3.6　消息传递和邮箱通信72

3.6.1　消息的数据结构73

3.6.2　消息的发送75

3.6.3　消息的接收77

3.6.4　邮箱和邮箱通信79

3.6.5　邮箱的建立81

3.6.6　邮件的发送和接收82

3.6.7　撤消邮箱85

3.6.8　利用邮箱通信解决生产者-消费者问题86

3.7.1　事件和事件组88

3.7　事件88

3.7.2　事件及事件组的建立和撤消90

3.7.3　事件的接收和发送93

3.7.4　事件的应用例子96

3.7.5　事件中断100

3.7.6　事件中断的实现机制101

3.7.7　事件中断服务程序及中断屏蔽的设置103

3.7.8　事件中断的发生及从事件中断服务程序返回106

第4章　时钟管理109

4.1　定时器硬件109

4.2　时钟管理功能111

4.3　时钟中断和时钟任务112

4.3.1 时钟中断处理程序112

4.3.2　时钟任务112

4.4　系统日历时间的维护113

4.4.1 日历时间的获取113

4.4.2 日历时间的维护114

4.4.3 系统日历时间的实现115

4.4.5 时钟同步时的时间补偿117

4.4.4　系统时钟和实际时钟的同步117

4.5　软件定时器120

4.5.1 软件定时器的组织120

4.5.2　时钟任务中的消息传递122

4.5.3　时钟任务的实现125

4.5.4 内核的处理131

第5章　存储器管理136

5.1 内存管理概述136

5.2.1 使用位图的内存管理138

5.2.2　使用链表的内存管理138

5.2　存储器空间的管理和分配算法138

5.2.3　使用链表的内存空间分配算法139

5.3　实时任务的数据段143

5.3.1 实时任务的数据段管理143

5.3.2　数据段的分配144

5.3.3 数据段的释放148

5.4　分页存储管理151

5.4.1 分页原理151

5.4.2　分页存储管理的实现151

5.4.3 分页管理的虚拟存储器156

5.4.4　先进先出的页面交换算法157

5.4.5　最近最久未用的页面交换算法158

5.5　分段存储管理159

5.5.1 分段原理159

5.5.2　分段存储管理的实现160

5.5.3　段页式的存储管理164

第6章　设备管理167

6.1　外部设备概述167

6.1.1 外部设备的操作167

6.1.2　外部设备的分类168

6.2.1 设备管理软件的设计问题169

6.2　外部设备的软件结构169

6.2.2　设备描述符171

6.2.3　用户空间中的数据输入输出处理程序171

6.2.4　设备分派程序172

6.2.5　设备管理程序172

6.2.6　设备驱动程序173

6.2.7　设备中断程序173

6.2.8　设备输入输出的缓冲174

6.3.1　系统调用命令的执行过程175

6.3　设备管理的实现过程175

6.3.2　设备分派程序176

6.4　打印机输出178

6.4.1 打印机接口179

6.4.2　有关打印机的数据结构180

6.4.3　打印机管理任务182

6.4.4　打印机输出任务187

6.4.5　打印机中断处理程序190

6.4.7　Spool收容任务191

6.4.6　打印机Spooler191

6.4.8　Spool输出任务196

6.5 串口输入输出管理199

6.5.1　RS-232接口199

6.5.2　流控制和数据帧格式203

6.5.3 串口输出的管理204

6.5.4 串口输出中断处理程序209

6.5.5　有关串口输入的数据结构210

6.5.6　串口输入管理任务213

6.5.7 串口输入任务218

6.5.8 串口输入中断处理程序221

6.6　控制台输入输出管理222

6.6.1　键盘控制器和视频显示卡223

6.6.2　原始输入方式和加工输入方式225

6.6.3　键位映射表226

6.6.4　特殊字符的处理227

6.6.5　字符输入的回显228

6.6.6　控制台参数表和键盘输入缓冲池229

6.6.7　键盘输入管理233

6.6.8　控制台管理任务235

6.6.9　键盘输入任务244

6.6.10　键盘中断处理程序252

6.6.11　CRT输出任务253

第7章　文件系统263

7.1　文件263

7.1.1　文件的命名264

7.1.2　文件的内部结构264

7.1.3　文件类型265

7.1.5　文件描述符266

7.1.4　文件属性266

7.1.6　有关文件操作的系统调用命令267

7.2　目录267

7.2.1 目录的内部结构，目录登记项268

7.2.2　文件系统的组织、根目录268

7.2.3　文件的路径名269

7.3　磁盘271

7.3.1　磁盘的寻址方式，柱面、磁道和扇区271

7.3.2　磁盘控制器接口272

7.3.3　磁盘空间的管理274

7.3.4　磁盘调度算法277

7.3.5　提前读和滞后写278

7.3.6　磁盘缓冲算法279

7.4　文件系统的实现281

7.4.1 有关文件系统的数据结构281

7.4.2　文件系统的实现过程290

7.4.3　文件服务任务291

7.4.4 目录和文件的建立、文件路径名检索294

7.4.5　工作目录的设置308

7.4.6　文件的打开和读写310

7.4.7　磁盘任务322

7.4.8　磁盘驱动程序和中断处理程序327

第8章　死锁331

8.1 死锁原理及处理策略331

8.2　死锁的检测和恢复332

8.2.1　单个资源类型的死锁检测333

8.2.2　多个资源类型的死锁检测336

8.2.3　死锁的恢复338

8.3.1　任务的运行轨迹和不安全区339

8.3　死锁的避免和预防339

8.3.2　安全和不安全状态340

8.3.3　单种资源的银行家算法341

8.3.4　多种资源的银行家算法342

8.3.5　死锁的预防342

8.4　鸵鸟策略342

第9章　实时系统的局域网344

9.1　局域网的拓扑结构344

9.1.1　总线型结构344

9.1.3 星型结构345

9.1.2　环型结构345

9.1.4　实时系统中主机与通信网的连接346

9.2　实时系统中局域网软件的设计问题347

9.2.1 局域网协议的分层347

9.2.2　服务、接口和协议349

9.2.3　面向连接的服务和无连接服务350

9.2.4　服务原语351

9.2.5　实时系统对局域网的需求352

9.3.1 集中式轮询的存取控制353

9.3　局域网的存取控制353

9.3.2　静态分配信道的存取控制354

9.3.3 令牌存取控制354

9.3.4　ALOHA协议和载波侦听多路存取协议355

9.4　IEEE802局域网标准的体系结构356

9.5 IEEE802.2标准：逻辑链路控制子层LLC协议357

9.5.1　LLC子层提供的服务和接口357

9.5.2　LLC协议数据单元PDU的结构360

9.5.3　LLC的无连接协议362

9.5.4　LLC的面向连接的协议363

9.6　IEEE802.3标准：带检测的载波侦听协议367

9.6.1　IEEE802.3的帧格式368

9.6.2　解决冲突的算法369

9.6.3　802.3 MAC子层协议的实现370

9.7　IEEE802.4标准：令牌总线协议372

9.7.1　IEEE 802.4.标准的体系结构372

9.7.2　IEEE 802.4标准的帧格式373

9.7.3　令牌总线协议374

9.8　IEEE802.5标准：环型网协议375

9.8.1　IEEE802.5标准的符号编码和帧格式376

9.8.2　环路优先级调度算法381

9.8.3　环路建立和维护383

9.9　三种协议的比较386

第10章　用于实时控制的局域网协议387

10.1　PROWAY C概述387

10.2　PROWAY C协议的服务规范389

10.2.1　PLC子层提供给PLC用户的服务389

10.2.2　PLC的协议数据单元格式392

10.2.3 MAC子层提供给PLC子层的服务393

10.2.4　通信节点的管理实体提供给用户的服务395

10.3　PROWAY C逻辑链路控制子层397

10.3.1 PLC子层和PLC用户的接口398

10.3.2　共享存储器的存取控制400

10.3.3　PLC子层、MAC子层及管理实体的接口402

10.3.4　PLC子层启动站的操作过程406

10.3.5　PLC子层响应站的操作过程414

10.4　PROWAYC的介质存取控制子层419

10.4.1　PROWAYC的符号编码419

10.4.2　MAC子层的帧格式421

10.4.3　MAC子层功能概述423

10.4.4　时间片和响应窗口424

10.4.5　令牌逻辑环路的初始化、令牌发布和竞争425

10.4.6　令牌逻辑环路的建立、争用下一站427

10.4.7　新节点入环和老节点退环428

10.4.8　令牌传递和聋站的处理430

10.4.9 优先级存取控制431

10.4.10　存取控制机的工作过程434

11.1　任务通信概述439

第11章　分布式实时系统中任务的通信439

11.2　面向连接的通信440

11.2.1　信口和虚链路440

11.2.2　信口的动态分配、信口控制块441

11.2.3　网络通信的系统调用命令443

11.3 网络通信的实现446

11.3.1 主机系统中的网络管理程序447

11.3.2　参数传递和数据封装及卸装过程449

11.3.3 网络控制任务的实现452

11.3.4　网络发送任务的实现466

11.3.5 网络接收任务的实现470

11.3.6　任务的通信与同步过程477

第12章　分布式系统设计的若干问题480

12.1 分布式系统中事件的因果关系480

12.1.1　“早于（happens before）”关系480

12.1.2　事件的时空视图481

12.1.3　事件的交叉视图482

12.2　分布式系统中的全局状态483

12.2.1　时空视图中的全局状态484

12.2.3　全局状态的“快照”算法485

12.2.2　全局状态的形式定义485

12.3　逻辑时钟和物理时钟、时钟同步487

12.3.1　标量逻辑时钟488

12.3.2　向量逻辑时钟490

12.3.3　物理时钟491

12.3.4　Cristian时钟同步算法492

12.3.5　Berkeley的时钟同步算法493

12.3.6　分布式的平均算法493

12.4.1 集中式的互斥算法494

12.4　分布式系统中的互斥494

12.4.2　分布式的互斥算法495

12.5　分布式系统中的死锁检测497

12.5.1　集中式的死锁检测497

12.5.2　分布式的死锁检测498

12.6　协调者的选举500

12.6.1　Bully算法500

1 2.6.2　环算法501

1 2.7.2 同步系统和异步系统503

12.7.1　组件和处理器故障503

12.7　容错503

12.7.3　冗余504

12.7.4　主动复制冗余和主机备用冗余504

12.7.5　拜占庭将军问题507

12.8　分布式实时系统的负载分配和调度508

12.8.1 分布式系统的负载分配509

12.8.2　实时系统中任务的组织和划分509

12.8.3　任务的实时调度510

12.8.4　任务优先图和甘特图（Gantt Chart）511

参考文献514