“Ｌｉｎｕｘ操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”的分析和設(shè)計(jì)

周　鳴　劉保中

摘要:文章主要對“Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”進(jìn)行可行性分析和功能設(shè)計(jì)。當(dāng)今,開源軟件技術(shù)蓬勃發(fā)展,Linux開源操作系統(tǒng)成為特別重要的核心,也對Linux操作系統(tǒng)提出了更新的要求和更高的挑戰(zhàn),“Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”是軟件實(shí)驗(yàn)室中最基礎(chǔ)和重要的實(shí)驗(yàn)室,建設(shè)好它是順應(yīng)全球Linux發(fā)展趨勢的迫切要求。

關(guān)鍵詞:Linux;操作系統(tǒng);軟件測試;軟件工程;系統(tǒng)分析

中圖分類號:G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

1引言

世界經(jīng)濟(jì)正在進(jìn)入知識經(jīng)濟(jì)形態(tài),信息產(chǎn)業(yè)是知識經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè),其中軟件產(chǎn)業(yè)具有很高的戰(zhàn)略地位,是我國在知識經(jīng)濟(jì)時(shí)代的戰(zhàn)略制高點(diǎn)和信息產(chǎn)業(yè)圖強(qiáng)的重點(diǎn),軟件產(chǎn)業(yè)對于推動國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、保證文化不受侵蝕、對出口創(chuàng)匯具有重大意義。

近幾年,Linux發(fā)展迅速,國內(nèi)Linux產(chǎn)業(yè)也在高速推進(jìn)中,國外企業(yè)集團(tuán)包括IBM、HP、Intel、Oracle、DELL、Sun、RedHat、Novell等現(xiàn)都是讓Linux回歸到商業(yè)路途陣營中的重要推進(jìn)者,不管他們是以Linux為主業(yè),還是將其作為一種戰(zhàn)略投資。2005年以后的市場容量更是極速增長,Linux商業(yè)陣營已經(jīng)初具規(guī)模。這些國際知名企業(yè)紛紛投入巨資在其全球研發(fā)中心建實(shí)驗(yàn)室和與高校聯(lián)合組建其實(shí)驗(yàn)室。

從技術(shù)趨勢看,操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室日益普及,軟件工具、平臺、環(huán)境開始廣泛使用,對軟件開發(fā)過程的研究開始轉(zhuǎn)向?qū)浖u測過程的研究,基于軟件質(zhì)量評測受到廣泛關(guān)注,成為主要技術(shù)熱點(diǎn),開放性、標(biāo)準(zhǔn)化成為主要潮流。這些技術(shù)趨勢反映出信息市場的需求,在我國軟件實(shí)驗(yàn)室及軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中應(yīng)予以高度重視。

2操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室重要性分析

“Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”是軟件實(shí)驗(yàn)室中最基礎(chǔ)和重要的實(shí)驗(yàn)室。建設(shè)“Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”主要致力于Linux相關(guān)技術(shù)研究,目的是為中國廣大Linux軟件產(chǎn)品創(chuàng)新提供一個(gè)開放的實(shí)驗(yàn)和資源平臺,為Linux軟件產(chǎn)品的開發(fā)、測試、教育、認(rèn)證等提供全面的技術(shù)支持。

建設(shè)“Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”,是順應(yīng)全球Linux發(fā)展趨勢,加速培養(yǎng)Linux產(chǎn)業(yè)急需的人才,也是Linux各類產(chǎn)品誕生的搖籃。通過建設(shè)“Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”,可以開發(fā)、評測、認(rèn)證出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的操作系統(tǒng)軟件,并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的技術(shù)要求,通過成果轉(zhuǎn)化,進(jìn)行規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)、銷售和技術(shù)服務(wù),促進(jìn)我國基礎(chǔ)軟件、應(yīng)用軟件的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、教育培訓(xùn)整個(gè)信息產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展?！癓inux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”建設(shè)將以安全性、可靠性、高效性、自主及開放性贏得廣闊的前景,將為我國信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展和GDP的增長做出更大貢獻(xiàn)。

建設(shè)“Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”有利于軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,成為軟件產(chǎn)業(yè)及人才的基礎(chǔ)設(shè)施,成為一種公共技術(shù)服務(wù)平臺。實(shí)驗(yàn)室本著發(fā)展民族軟件事業(yè)的精神,根據(jù)任務(wù)要求,開放思想、創(chuàng)新研究方法,本著消化吸收國內(nèi)外同類先進(jìn)技術(shù)、嚴(yán)謹(jǐn)工作、積極開拓的精神,在設(shè)計(jì)、開發(fā)、使用過程中堅(jiān)持技術(shù)先進(jìn)、功能適用、操作簡單、性能高效的原則,不斷創(chuàng)新。

3操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室職能分析

操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃設(shè)計(jì)如下職能:

(1) 開發(fā)、測試和認(rèn)證服務(wù)

? 提供Linux操作系統(tǒng)開發(fā)及底層應(yīng)用相關(guān)平臺,建立開源技術(shù)資源數(shù)據(jù)庫。

? 提供Linux軟硬件可靠性、兼容性測試和認(rèn)證服務(wù)。

? 提供基于Linux的應(yīng)用系統(tǒng)測試服務(wù)(性能、功能測試等)。

(2) 咨詢服務(wù)

? 實(shí)驗(yàn)室將為電子政務(wù)、電信、金融、能源、教育等重點(diǎn)行業(yè)提供基于Linux的行業(yè)解決方案咨詢(包括系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、技術(shù)選型、項(xiàng)目實(shí)施監(jiān)理等)。

? 供Linux技術(shù)情報(bào)。

(3) 培訓(xùn)服務(wù)

實(shí)驗(yàn)室將提供中高級Linux技術(shù)培訓(xùn),培養(yǎng)高級Linux技能型人才。

? Linux系統(tǒng)開發(fā)高級培訓(xùn)

? Linux系統(tǒng)開發(fā)中級培訓(xùn)

(4) 協(xié)同開發(fā)服務(wù)

? 為企業(yè)提供先進(jìn)的協(xié)同開發(fā)環(huán)境,幫助企業(yè)建立新的外包、監(jiān)理和離岸開發(fā)的工作模式;

? 為企業(yè)和開源社區(qū)架起溝通的橋梁,為優(yōu)秀的開源項(xiàng)目在企業(yè)中牽線搭橋,促進(jìn)商業(yè)化,也為企業(yè)尋找新的利潤增長點(diǎn)。

4操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)特征分析設(shè)計(jì)

(1) 安全、穩(wěn)定的內(nèi)核分析設(shè)計(jì)

“Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”以單體內(nèi)核為基礎(chǔ),并引入模塊化機(jī)制,將文件系統(tǒng)、驅(qū)動程序、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等用模塊方式予以支持,從而分析操作系統(tǒng)達(dá)到了怎樣的性能,具有怎樣的靈活性。

(2) 優(yōu)化內(nèi)存管理,操作系統(tǒng)宕機(jī)分析設(shè)計(jì)

“Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”劃分用戶空間和內(nèi)核空間,用戶程序有很多的地址空間可供使用。同時(shí)采用內(nèi)存分頁技術(shù),支持4K和4M(PAE方式下為2M)兩種大小的內(nèi)存頁面,并可以用參數(shù)指定部分內(nèi)存使用大頁面方式而另外一部分使用小頁面方式,適應(yīng)系統(tǒng)中不同應(yīng)用的特點(diǎn),保證需要大內(nèi)存的操作系統(tǒng)程序使用大頁面以提高性能,而需要內(nèi)存不多的各種小操作系統(tǒng)使用小頁面以節(jié)省內(nèi)存,同時(shí)內(nèi)存換頁的技術(shù)避免了因?yàn)閮?nèi)存管理而出現(xiàn)的數(shù)據(jù)溢出(即藍(lán)屏)現(xiàn)象,測試操作系統(tǒng)藍(lán)屏的問題,提升了操作系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定性。

(3) 支持多文件系統(tǒng)格式,異構(gòu)系統(tǒng)間文件兼容與交換分析設(shè)計(jì)

“Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”支持的文件系統(tǒng)應(yīng)是操作系統(tǒng)中最多的(包括NTFS)。當(dāng)前Linux操作系統(tǒng)支持的日志文件系統(tǒng)有ext3、ReiserFS、JFS(IBM開發(fā))、XFS(SGI開發(fā))、VxFS(Veritas開發(fā)),其中JFS/XFS/VxFS由成熟文件系統(tǒng)移植而來,具備高穩(wěn)定性、高性能和高可靠的特點(diǎn),獨(dú)立開發(fā)的加密文件系統(tǒng)模塊,與具體文件系統(tǒng)無關(guān),在各種文件系統(tǒng)上都可以實(shí)現(xiàn)細(xì)粒度/高強(qiáng)度的加密,并且具備很高的靈活性和易用性。

(4) 完善的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境分析設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)功能分析是“Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”的重要特色,作為Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和異種機(jī)連接重要手段的TCP/IP協(xié)議就是在原Linux上開發(fā)和發(fā)展起來的。而TCP/IP是所有Linux不可分割的組成部分。因此,Linux在Internet服務(wù)器中占絕對優(yōu)勢。同時(shí)Linux操作系統(tǒng)支持所有常用的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議,包括NFS、DCE、IPX/SPX、SLIP、PPP等,提供主機(jī)系統(tǒng),以及各種廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)相連接的環(huán)境,這也是Linux操作系統(tǒng)具有出色的互操作性(Interoperability)的根本原因。

(5) 支持異步I/O分析設(shè)計(jì)

“Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”支持異步I/O,且符合POSIX標(biāo)準(zhǔn),使用POSIX異步I/OAPI開發(fā)的操作系統(tǒng)程序在Linux操作系統(tǒng)和其它操作系統(tǒng)之間測試其可移植性。

(6) 多種數(shù)據(jù)庫支持能力分析設(shè)計(jì)

由于Linux具有強(qiáng)大的支持?jǐn)?shù)據(jù)庫的能力和良好的開發(fā)環(huán)境,所有主要數(shù)據(jù)庫廠商,包括Oracle、Informix、Sybase、Postgress等,都把Linux作為主要的數(shù)據(jù)庫開發(fā)和運(yùn)行平臺。從某方面來講Linux操作系統(tǒng)就是作為強(qiáng)大數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)進(jìn)行開發(fā)的,支持能力的測試也很重要。

(7) 完善的開發(fā)接口分析設(shè)計(jì)

“Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”應(yīng)該為軟件開發(fā)人員提供豐富的開發(fā)工具,迄今為止,Linux工作站仍是軟件開發(fā)廠商和工程研究設(shè)計(jì)部門主要的工作平臺。有重大意義的軟件新技術(shù)的出現(xiàn)幾乎都在Linux上,如TCP/IP、WWW、OODBMS等。Linux操作系統(tǒng)是Posix標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行者,且開放源代碼。由于開放源代碼,Linux操作系統(tǒng)才得以高速的發(fā)展,更多的應(yīng)用程序得以在Linux操作系統(tǒng)上開發(fā),更多的功能在Linux操作系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。這也為Linux操作系統(tǒng)的后續(xù)開發(fā)提供了強(qiáng)大的后臺支持。

(8) 安全分析,實(shí)現(xiàn)災(zāi)難自動恢復(fù)功能設(shè)計(jì)

目前操作系統(tǒng)安全中,用戶最擔(dān)心的問題是主機(jī)硬盤出現(xiàn)物理損壞將造成整個(gè)工作的癱瘓,“Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”使系統(tǒng)完成聯(lián)合文件系統(tǒng)(aufs)的支持,實(shí)現(xiàn)了在硬盤出現(xiàn)物理損壞后可立刻通過一張光盤恢復(fù)運(yùn)行整個(gè)操作系統(tǒng)的功能,使用戶工作不受到影響,提高系統(tǒng)的可用性。

(9) 創(chuàng)新思維方法,測試兼容Windows應(yīng)用的運(yùn)行設(shè)計(jì)

在應(yīng)用軟件的兼容問題上,“Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”擺脫傳統(tǒng)思維方法,科學(xué)的采用虛擬機(jī)技術(shù),使用戶不用修改Windows 的二進(jìn)制文件,就可以運(yùn)行,解決以往困擾Linux推廣應(yīng)用中Office文件不能兼容的測試難點(diǎn)。

(10) 迎合用戶習(xí)慣,嵌入桌面環(huán)境支持KDE4.2,滿足用戶使用習(xí)慣設(shè)計(jì)

現(xiàn)有用戶基本上都習(xí)慣使用微軟提供的視窗界面和操作方法,對此,在使用方法上要積極創(chuàng)新,“Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”要采用了KDE4.2技術(shù),實(shí)現(xiàn)視窗模式的用戶界面,使用戶在操作習(xí)慣上不需要進(jìn)行改變,就可以完全掌握操作系統(tǒng)的使用。

(11) 辦公環(huán)境支持,完全兼容MS Office文檔格式設(shè)計(jì)

“Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”在辦公環(huán)境方面,改變以往的依靠應(yīng)用軟件的支持才可以使用Office軟件的問題,預(yù)置Office辦公組件,完全支持XML、MS office 下的doc、Excel、ppt文件等格式,集成pdf輸出功能,解決MS Office文檔格式兼容的問題。

(12) 總體性能指標(biāo)分析設(shè)計(jì)

“Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),直接影響到其穩(wěn)定性和可靠性。因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)需要肩負(fù)對硬件設(shè)備的兼容和對上層應(yīng)用的支撐,所以系統(tǒng)的穩(wěn)定性成為衡量操作系統(tǒng)好壞與否的最重要標(biāo)志。

(13) 實(shí)驗(yàn)室可靠性分析設(shè)計(jì)

“Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”借助的是類UNIX原理和成熟的技術(shù)手段,是能達(dá)到大型主機(jī)(mainframe)可靠性要求的。它將在大中型企業(yè)中每天24小時(shí)、每年365天不間斷地運(yùn)行,需要極高的可靠性。

(14) 實(shí)驗(yàn)室可伸縮性分析設(shè)計(jì)

“Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”不僅有筆記本電腦、PC、工作站,甚至小型機(jī),而且能在所有主要CPU芯片搭建的體系結(jié)構(gòu)上運(yùn)行。此外,由于“Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”要很好地支持SMP、MPP和Cluster等技術(shù),使其可伸縮性又有了很大的增強(qiáng)。系統(tǒng)能支持的SMP,CPU數(shù)要達(dá)到幾百甚至更多個(gè),MPP系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)甚至要超過1024個(gè),支持的異種平臺Cluster技術(shù)也將投入使用。它的伸縮性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室所能達(dá)到的水平。

(15) 實(shí)驗(yàn)室開放性分析設(shè)計(jì)

開放性是“Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”最重要的本質(zhì)特性。由于開放系統(tǒng)深入人心,幾乎所有系統(tǒng)宣稱自己的產(chǎn)品是開放系統(tǒng),確實(shí)每一種系統(tǒng)都能滿足某種開放的特性,如可移植性、可兼容性、可伸縮性、互操作性等。但所有這些系統(tǒng)與開放系統(tǒng)的本質(zhì)特征相去甚遠(yuǎn),只有遵守GPL協(xié)議,及時(shí)公布新產(chǎn)品源代碼,使開放性更加充分也更符合開放系統(tǒng)的要求。

(16) 實(shí)驗(yàn)室安全性分析設(shè)計(jì)

“Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”的設(shè)計(jì)參考Linux的體系結(jié)構(gòu),在安全性及代碼結(jié)構(gòu)安全性上,相對于Windows操作系統(tǒng)來說更勝一籌。首先,病毒代碼不可以在“Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”上存在并破壞系統(tǒng),因?yàn)闊o論是正常的代碼還是病毒代碼,都需要權(quán)限來運(yùn)行,病毒代碼將無法獲得足夠的權(quán)限來進(jìn)行感染和破壞工作?！癓inux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”對于病毒這種形式的破壞要具備免疫力,可以在測試期內(nèi)減少大量的維護(hù)費(fèi)用。其次,“Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”完全開放的模式,可以在極短的時(shí)間內(nèi)獲得足夠的用戶反饋,并及時(shí)修補(bǔ)安全漏洞。

(17) 實(shí)驗(yàn)室兼容性分析設(shè)計(jì)

“Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”可以使用在所有的硬件架構(gòu)之上,從IBM的Z系列大型機(jī)到個(gè)人手中的移動電話。而在主流的企業(yè)級計(jì)算架構(gòu)中,“Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”應(yīng)該支持IA32、IA64、X86-64、IBM Power這些所有的計(jì)算平臺,可以有Sun Sparc、HP小型機(jī)和Alpha計(jì)算機(jī),它的兼容性比Windows操作系統(tǒng)主機(jī)更加強(qiáng)大,各個(gè)廠商也必將看中這一點(diǎn),開發(fā)出更多的驅(qū)動程序和應(yīng)用軟件以適應(yīng)快速的發(fā)展。

5發(fā)展方向與探討

隨著操作系統(tǒng)開發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用和不斷發(fā)展,操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室也由最初各種單機(jī)擴(kuò)展到了針對操作系統(tǒng)半成品甚至過程產(chǎn)品的全過程網(wǎng)絡(luò)測試,這是對操作系統(tǒng)測試的一種必然發(fā)展趨勢。操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室也會隨著這一思想,不斷地?cái)U(kuò)展到產(chǎn)品各個(gè)生命周期中去,這將使操作系統(tǒng)的版本升級工作更加順利,這也是我們以后需要進(jìn)一步研究的內(nèi)容。

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