L4微內(nèi)核系統(tǒng)內(nèi)存管理形式化驗(yàn)證的開(kāi)題報(bào)告

L4微內(nèi)核系統(tǒng)內(nèi)存管理形式化驗(yàn)證的開(kāi)題報(bào)告一、選題的背景和意義隨著分布式系統(tǒng)和云計(jì)算等技術(shù)的迅猛發(fā)展和普及，內(nèi)核的可靠性和性能成為了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中最為重要的方面。微內(nèi)核作為一種新型的內(nèi)核設(shè)計(jì)思想已經(jīng)成為了當(dāng)前操作系統(tǒng)內(nèi)核研究中的熱點(diǎn)。微內(nèi)核把內(nèi)核的功能模塊化，將一部分內(nèi)核功能放入用戶(hù)態(tài)服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)了內(nèi)核的最小化，這就意味著我們需要進(jìn)行更好的內(nèi)核資源管理。本課題主要探究L4微內(nèi)核系統(tǒng)內(nèi)存管理的形式化驗(yàn)證，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型形式化描述內(nèi)存管理的邏輯屬性，并使用形式化驗(yàn)證工具驗(yàn)證內(nèi)存管理邏輯的正確性和性能。二、選題的基礎(chǔ)和研究現(xiàn)狀在微內(nèi)核研究中，內(nèi)存管理一直是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性和關(guān)鍵的問(wèn)題。L4微內(nèi)核系統(tǒng)中的內(nèi)存管理采用了一種基于頁(yè)表的虛擬內(nèi)存管理機(jī)制，將物理內(nèi)存與虛擬內(nèi)存進(jìn)行映射。這種機(jī)制需要設(shè)計(jì)多項(xiàng)算法來(lái)保證內(nèi)存管理的正確性和性能。這也是我們進(jìn)行內(nèi)存管理形式化驗(yàn)證的基礎(chǔ)。目前，微內(nèi)核系統(tǒng)的內(nèi)存管理領(lǐng)域有較多的研究，如利用代碼靜態(tài)分析技術(shù)進(jìn)行內(nèi)存安全性分析、使用形式化方法驗(yàn)證內(nèi)存管理算法等等。但是，對(duì)于L4微內(nèi)核系統(tǒng)內(nèi)存管理的形式化驗(yàn)證，目前相關(guān)研究還比較缺乏，因此對(duì)其進(jìn)行形式化驗(yàn)證顯得尤為必要。三、主要研究?jī)?nèi)容本課題的主要研究?jī)?nèi)容如下：1.建立L4微內(nèi)核系統(tǒng)內(nèi)存管理的數(shù)學(xué)模型，包括建立虛擬內(nèi)存和物理內(nèi)存的地址映射模型以及基于頁(yè)表的內(nèi)存管理模型。2.確定內(nèi)存管理邏輯屬性，形式化描述內(nèi)存管理的正確性需求，包括虛擬內(nèi)存與物理內(nèi)存的地址映射正確、空間分配和釋放的正確性、地址訪問(wèn)的正確性等等。3.使用形式化驗(yàn)證工具對(duì)內(nèi)存管理的邏輯屬性進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)和解決邏輯錯(cuò)誤，并對(duì)內(nèi)核性能進(jìn)行可視化分析。四、預(yù)期研究成果本課題預(yù)期達(dá)成如下研究成果：1.對(duì)L4微內(nèi)核系統(tǒng)內(nèi)存管理的邏輯特性建立數(shù)學(xué)模型。2.對(duì)內(nèi)存管理的邏輯做出形式化描述，確定驗(yàn)證需求。3.對(duì)內(nèi)存管理的邏輯需求進(jìn)行形式化驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)和解決邏輯錯(cuò)誤。4.驗(yàn)證工具應(yīng)用性分析和可視化分析。五、研究計(jì)劃1.第一年：閱讀理論文獻(xiàn)，了解形式化驗(yàn)證理論知識(shí)，學(xué)習(xí)L4微內(nèi)核系統(tǒng)內(nèi)存管理的相關(guān)知識(shí)，掌握形式化驗(yàn)證工具的使用方法，建立內(nèi)存管理的數(shù)學(xué)模型。2.第二年：確定內(nèi)存管理邏輯需求并進(jìn)行形式化描述，通過(guò)模型檢測(cè)對(duì)內(nèi)存管理邏輯進(jìn)行驗(yàn)證，分析并解決存在的邏輯問(wèn)題，對(duì)驗(yàn)證工具的應(yīng)用性進(jìn)行分析。3.第三年：驗(yàn)證工具的可視化分析，比較工具的性能差異和效率，總結(jié)并發(fā)布論文。六、研究難點(diǎn)和解決方法本研究的難點(diǎn)主要集中在以下幾個(gè)方面：1.建立L4微內(nèi)核系統(tǒng)內(nèi)存管理的數(shù)學(xué)模型。解決方法：通過(guò)大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究，找出建立正確數(shù)學(xué)模型的方法和技巧。2.確定內(nèi)存管理邏輯屬性，形式化描述內(nèi)存管理的正確性需求。解決方法：從內(nèi)存管理的實(shí)際需求出發(fā)，使用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬅枋鲞M(jìn)行形式化描述。3.利用形式化驗(yàn)證工具對(duì)內(nèi)存管理的邏輯需求進(jìn)行分析驗(yàn)證。解決方法：采用多種驗(yàn)證工具進(jìn)行分析，并對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行比較和分析。七、參考文獻(xiàn)[1]LiedtkeJ.ImprovingIPCbykerneldesign.Proceedingsofthe14thACMsymposiumonOperatingsystemsprinciples,1993:175-188.[2]LiYuanxing,WenKai,LiZhenzhou.StudyonFormalVerificationofSystemSoftware.JournalofSoftware,2008,19(9):2322-2333.[3]JovanovicD,KnezevicZ,PavlovicD.Formalverificationofoperatingsystemcodebyrefinement.SoftwarePractice&Experience,2012,42(6):699-722.[4]JovanovicD,KnezevicZ,PavlovicD.Modellingandverificationofx86MMUinIsabelle/HOL.Proceedingsofthe5thInternationalSymposiumonLeveragingApplicationsofFormalMethods,VerificationandValidation,2012:350-365.[5]LiZhenzhou,WenKai,LiuXiaoxing,etal.