分佈式實時系統：理論與實踐

這本經過課堂檢驗的教材講述分散式即時系統軟體的設計和實現，使用了自底向上的方法。
 
本書討論了涉及即時系統的軟體專案中面臨的常見挑戰，並提出了一種簡單而有效地執行所有軟體工程步驟的新方法。每一章都以對核心概念的討論開始，並回顧了相關的方法和可用的軟體。接下來是對示例內核中概念實現的描述，以及可執行代碼。

第一部分入門知識
第1章即時系統入門2
11引言2
12什麼是即時系統2
13基本體系結構3
14即時系統的特點3
15即時系統的分類4
16示例系統：牛奶灌裝廠5
17本書大綱6
18複習題6
19本章提要6
參考文獻7
第2章硬體8
21引言8
22處理器體系結構8
221單週期數據通路9
222多週期數據通路13
223流水線13
224微控制器18
23記憶體19
231與處理器的介面19
232緩存19
24輸入/輸出訪問21
241輸入裝置介面22
242輸出設備介面22
243記憶體映射I/O和隔離I/O23
244軟體與I/O的介面23
25多核處理器26
26多處理器27
27複習題27
28本章提要28
29練習題28
參考文獻29
第3章分散式即時系統30
31引言30
32模型30
321時間觸發和事件觸發分散式系統30
322有限狀態機31
33分散式即時操作系統和中介軟體33
331中介軟體33
332分散式調度34
333動態負載均衡35
34即時通信35
341即時流量35
342開放系統互相連線模型36
343拓撲結構37
344即時資料鏈路層38
345控制器局域網協定38
346時間觸發協議39
347即時乙太網40
348即時IEEE 8021140
35分散式即時嵌入式系統面臨的挑戰41
36分散式即時系統示例41
361現代化轎車41
362移動無線感測器網路42
37複習題43
38本章提要43
39練習題43
參考文獻44

第二部分系統軟體
第4章即時操作系統46
41引言46
42普通作業系統與即時操作系統46
43任務管理47
431UNIX中的任務管理48
432任務間同步49
433任務間通信51
434UNIX進程間通信53
44執行緒53
441執行緒管理53
442POSIX 執行緒54
45記憶體管理57
451靜態記憶體分配57
452動態記憶體分配57
453虛擬記憶體57
454即時記憶體管理58
46輸入/輸出管理59
461中斷驅動I/O59
462設備驅動程式59
47即時操作系統綜述60
471FreeRTOS60
472VxWorks60
473即時Linux60
48複習題61
49本章提要61
410程式設計練習題61
參考文獻62
第5章實驗性的分散式即時系統內核的設計63
51引言63
52設計策略63
53低層內核功能64
531資料結構和佇列操作64
532多佇列調度程式67
533中斷處理和時間管理69
534任務狀態管理70
535輸入/輸出管理72
54高層內核功能74
541任務同步74
542任務通信76
543使用緩衝集區的高級記憶體管理79
544任務管理80
55初始化81
56測試DRTK83
57複習題84
58本章提要84
59程式設計練習題85
參考文獻85
第6章分散式即時操作系統和中介軟體86
61引言86
62分散式即時操作系統86
621傳輸層介面87
622資料連結層介面87
63即時中介軟體88
631即時任務組89
632時鐘同步90
633選舉演算法94
64DRTK的實現96
641初始化網路96
642傳輸層介面97
643資料連結層介面任務100
644組管理102
645時鐘同步演算法103
646環形結構的領導者選舉104
65複習題105
66本章提要105
67程式設計練習題106
參考文獻106

第三部分調度和資源分享
第7章單一處理器獨立任務調度108
71引言108
72背景知識108
721可調度性測試109
722利用率109
73調度策略109
731搶佔式調度與非搶佔式調度110
732靜態調度與動態調度111
733獨立任務與非獨立任務111
74即時調度演算法分類112
75時鐘驅動調度113
751表驅動調度113
752迴圈執行調度114
76基於優先順序的調度116
761單調速率調度116
762最早截止期限優先調度118
763最低鬆弛度優先調度120
764回應時間分析120
77非週期性任務調度122
771基本方法122
772週期性伺服器123
78偶發任務調度125
79DRTK的實現125
791單調速率調度程式126
792最早截止期限優先調度程式127
793最低鬆弛度優先調度程式128
794輪詢伺服器129
710複習題129
711本章提要130
712練習題131
參考文獻131
第8章單一處理器非獨立任務調度132
81引言132
82非獨立任務調度132
821最遲截止期限優先演算法132
822改進的最早截止期限優先演算法134
83共用資源任務的調度135
831火星探路者案例136
832基本優先順序繼承協議137
833優先順序置頂協議140
84DRTK的實現141
841LDF非獨立任務調度141
842優先順序繼承協議142
85複習題144
86本章提要144
87練習題145
參考文獻146
第9章多處理器與分散式即時調度147
91引言147
92多處理器調度147
921分區調度148
922全域調度152
93分散式調度154
931負載均衡154
932聚焦定址與投標方案156
933夥伴演算法157
934消息調度157
94DRTK的實現158
941中心負載均衡任務158
942分散式負載均衡任務160
95複習題161
96本章提要162
97練習題162
參考文獻162

第四部分應用程式設計
第10章即時系統的軟體工程166
101引言166
102軟體發展生命週期166
1021增量瀑布模型167
1022V模型167
1023螺旋模型167
103即時系統的軟體設計168
104需求分析與規格說明168
105時序分析169
106帶資料流程圖的結構化設計169
107物件導向設計170
108即時的實現方法171
1081再次討論有限狀態機171
1082時間自動機173
1083Petri網173
109即時UML176
1091UML圖解176
1092即時特性177
1010實用的設計和實現方法178
1011複習題178
1012本章提要179
1013程式設計練習題179
參考文獻180
第11章即時程式設計語言181
111引言181
112需求181
113一個即時應用程式182
114C/Real-time POSIX182
1141資料封裝和模組管理182
1142POSIX執行緒管理184
1143異常處理和底層程式設計187
1144C/Real-time POSIX程序控制的實現187
115Ada189
1151併發190
1152異常處理192
1153Ada程序控制的實現193
116Java194
1161Java執行緒194
1162執行緒同步195
1163異常處理196
117複習題196
118本章提要197
119程式設計練習題197
參考文獻197
第12章容錯198
121引言198
122概念和術語198
123故障分類199
124冗餘199
1241硬體冗餘200
1242信息冗餘200
1243時間冗餘202
1244軟體冗餘202
125容錯即時系統204
1251靜態調度204
1252動態調度204
126分散式即時系統中的容錯205
1261失效分類205
1262再次討論任務組206
127DRTK的實現208
128複習題210
129本章提要211
1210練習題211
參考文獻212
第13章案例研究：無線感測器網路實現的環境監控213
131引言213
132基本思想213
133需求規格說明213
134時序分析和功能規格說明214
135生成樹和簇214
136設計思路217
137葉子節點218
1371高層設計218
1372詳細設計和實現219
138中間節點224
1381高層設計224
1382詳細設計和實現226
139簇頭節點228
1391高層設計228
1392詳細設計和實現229
1310彙聚節點230
1311測試231
1312使用POSIX執行緒的替代實現233
1313本章提要233
1314程式設計練習題233
參考文獻233

附錄A使用偽代碼的一些約定234
附錄B低層內核函數238