异步微内核设计与实现 #

微内核在安全性、稳定性和模块化方面相比于宏内核有着极大的优势。随着微内核生态的发展，部分应用需要进行大量而频繁的系统调用和进程间通信（IPC），然而以seL4为代表的现代微内核支持的同步系统调用和IPC会产生大量的特权级切换，此外，由于同步调用的阻塞等待导致系统无法充分利用多核的性能，虽然微内核对异步通知有一定的支持，但仍需要内核进行转发，其中的特权级切换开销在某些平台和场景下将造成不可忽视的开销。

本文聚焦微内核的异步通信机制，基于用户态中断技术，通过兼容capability机制和异步通信接口来改造seL4的通知机制，设计了U-notification，使得通知无需通过内核转发，减少特权级切换的开销。同时利用U-notification，借助共享内存和异步编程机制，设计了无需陷入内核的异步系统调用和异步IPC框架，在提升用户态并发度的同时，减少特权级的切换次数。

大纲如下：

• 项目背景
  • seL4基本介绍
  • 用户态中断
  • Rust异步机制
  • IPC优化手段
• 系统设计
  • U-notification
  • 异步IPC
  • 异步系统调用
• 模块与接口
  • 内核对象和Capability机制。
  • VSpace
  • Task Schedule
  • IPC
  • Interrupt
• 性能评估
• 总结与展望