CN107015814A - 满足异构操作系统业务移植的浏览器操作系统设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种满足异构操作系统业务移植的浏览器操作系统设计方法，浏览器操作系统采用基于Hurd系统的操作系统，所述浏览器操作系统包含进程调度程序、内存管理程序、设备驱动程序和文件系统，进程调度程序是CPU根据进程的重要级别来调度，内存管理程序包括内存进程管理、内存分配、内存映射与共享，内存设备驱动程序是操作系统内核与机器硬件之间的接口，设备驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细节，文件系统负责为用户建立文件，存入、读出、修改、转储文件，控制文件的存取和撤销。内存管理程序中，进行cookie的管理，增加了安全性。采用了虚拟内存与物理内存的映射，提高了浏览器操作系统访问和处理的速度和效率。

Description

满足异构操作系统业务移植的浏览器操作系统设计方法

技术领域

本发明涉及计算机系统领域，具体的说，是满足异构操作系统业务移植的浏览器操作系统设计方法。

背景技术

Chrome OS是Google公司设计并实现的操作系统，在其公司推出的上网本上搭载该操作系统。Chrome OS的内核是基于Linux系统实现的，它的设计核心是网络化。

Chrome OS的体系结构可以分为四层，由下到上分别为固件层、系统软件和用户服务层、窗口管理器和Chrome 浏览器层、Web 应用程序层。最下层的部分为固件层，它主要的功能是实现快速引导和恢复系统，并且完成系统安全认证功能。固件层是从硬件上实现的，可以使得系统更加安全可靠，也让系统引导更加的快速。系统软件和用户服务层由Linux内核、系统库和图形库组成的，该层提供了传统操作系统的概念和提供图形界面，向上层提供必要的基础服务。Chrome OS的窗口浏览器和Chrome浏览器层，主要功能是管理运行窗口、浏览一般的网页和进行Web应用程序的访问。Web应用程序层，取代传统桌面应用程序，满足用户的日常需求。在Chrome OS中绝大部分的应用都将在Web中完成，迅速，简洁，安全是Chrome OS的重点特征，界面元素将会最少化，并且直接集成Chrome浏览器。

The Illinois Browser Operating System(IBOS) 是美国Illinois大学设计和实现的网络浏览器操作系统，IBOS 是微内核架构的操作系统，如图1所示，采用L4:Ka微内核结构，并在L4:Ka基础上实现了操作系统内核。如图1所示的IBOS 的体系结构。IBOS体系结构也分为四层，从下至上分别为硬件层、内核层（IBOS Kernel内核层）、浏览器抽象层、UNIX （UNIX Layer）和TraditionalApplications层、Web Page Instances层等。IBOS的内核层实现传统操作系统的功能，是基于微内核而实现的新内核，完成管理硬件，访问驱动程序与硬件设备（如网络接口卡）的功能，并且进行消息传递。浏览器抽象层的概念是IBOS 提出的新的概念，是为了提高系统处理Web 应用而专门设计的。这一层设计了浏览器API直接和操作系统交互，从而大大提高IBOS 的处理Web 应用程序的能力。浏览器API 完成了HTTP请求、Cookie 管理、本地数据存储管理和负责用户界面显示等功能。IBOS 也同时支持传统应用程序的运行，实现了UNIX层（这一部分实现UNIX的概念），在这层之上可以运行传统的UNIX 的程序。值得注意的是，IBOS的内核中设置了一个关系监视器，用于管理组件之间的交互，从而提供了IBOS的安全机制。

两种新型的操作系统Chrome OS和IBOS，虽然都有各自的优点和特点，但是两者均不是纯粹的浏览器操作系统。两者的设计和实现都受到了传统操作系统框架的限制（一个基于Linux 内核，一个保留了UNIX 层），针对Web应用程序优化处理不够，这使得它们在处理Web 应用程序时，功能受到了限制。

发明内容

本发明的目的在于提供满足异构操作系统业务移植的浏览器操作系统设计方法，用于解决现有技术中的浏览器操作系统处理不够快速，安全性能和效率不高的问题。

为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案实现：

满足异构操作系统业务移植的浏览器操作系统设计方法，浏览器操作系统采用基于Hurd系统的操作系统，所述浏览器操作系统包含进程调度程序、内存管理程序、设备驱动程序和文件系统，

所述的进程调度程序的实现步骤包括：

a）触发进程调度程序；

b）比对进程优先权等级；

c）暂停执行优先权等级较低的进程；

d）优先权较高的进程进入就绪队列；

所述的内存管理程序为：内存进程管理、内存分配、内存映射与共享的支持服务功能；

所述内存设备驱动程序为：是操作系统内核与机器硬件之间的接口，设备驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细节；

所述文件系统包括文件系统的接口、对对象操纵和管理的软件集合、对象及属性,负责为用户建立文件，存入、读出、修改、转储文件，控制文件的存取，当用户不再使用时撤销文件。

所运行的程序均需经由内存执行，若执行的程序很大或很多，则会导致内存消耗殆尽，为了缓解内存的紧张，所述的内存管理程序中的进程运行在虚拟地址空间,所述虚拟地址空间通过页表映射到物理内存。

为了在多任务操作系统更好中更好的进行进程管理，所述的虚拟地址空间包括内核空间、栈空间、内存映射地址和堆，所述堆包括BSS段、数据段和代码段。

为了实现网络资源的统一管理，减少网络带宽占用，提升访问速度，提高安全性能，所述浏览器基层实现对浏览器层的优化，使浏览器基层具有包括缓存与管理网络资源功能、Cookie 管理功能和统一下载网络资源功能在内的特殊服务，完成了操作系统的功能需求，满足系统目标，所述浏览器基层的实现包括以下步骤：

1）将浏览器操作系统抽象出浏览器基层；

2）浏览器操作系统的内核层向浏览器基层提供包括内存分配、内存映射与共享、内存回收在内的支持服务；

3）浏览器层使用浏览器基层所提供的支持服务，重构浏览器结构及功能。

4）Web OS与Web应用程序层，采用B/S架构，并通过Web向用户提供一组完整的服务。

为了达到层次清晰、识别度高、展现更多内容和设计简单的目的，所述步骤1）中的抽象采用面向组件编程的抽象，通过定义组件之间的协作关系即服务来完成系统的构建。

为了安全、快速使用Web 应用程序，使浏览器层完成对于WebOS和Web 应用程序的访问，且浏览器层支持所有浏览器。浏览器层会支持多个流行的浏览器，让用户有更多的选择，所述步骤1）中，浏览器基层具体设置有：

1.1）浏览器编程接口，向浏览器层提供的统一编程接口，向采用各种不同浏览器的浏览器层提供一致性服务，完成系统的功能需求，

1.2）轻型图形界面，采用X11平台上搭载QT实现基础图形服务，为浏览器层提供图形服务支持。

为了更好的为浏览器层提供一致性服务，所述步骤1.1）中，浏览器编程接口设置有下述模块：

Cache模块，使用内核层提供的内存映射与共享功能，访问高速缓存时，把主存的物理地址或虚拟地址变换成高速缓存的地址，从而访问高速缓存中的数据。

Cookie Manager模块，在内存进程中完成Cookie管理与操作，实现用户Cookie的安全管理；

Downloader模块，完成网络资源的统一下载，并随时获得资源下载进度。

为了更好的实现内存分配、内存映射、内存共享和内存功能，所述内核层基于Hurd系统和Mach系统来实现完成内存管理、内存分配、内存映射与共享的支持服务功能，所述步骤2）中内核层的实现步骤为：

2.1）使用Hurd系统的微内核架构完成浏览器操作系统的内核层功能架构的搭建；

2.2）使用Mach系统的微内核的IPC和内存管理来满足操作系统对于内存的要求。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明使浏览器操作系统达到快速、安全性、高效率的系统目标，并满足系统功能需求。

（2）浏览器操作系统的内核层使用Hurd系统和Mach系统的内存管理和内存共享方案，将完成操作系统的内核层功能。

（3）浏览器操作系统的浏览器基层将会统一下载网络资源，将会分担浏览器层的功能，让浏览器层更加专注网页处理等工作；浏览器基层将进行网络资源的统一管理，这样会大大减少网络带宽，提升访问速度等。

（4）浏览器操作系统的浏览器基层对Cookie 进行安全管理在内存中处理，这样就充分保障了用户数据的安全；同时，浏览器基层也会向浏览器层提供轻型图形界面，采用临时使用X11，上层搭载Qt，以更加快速的显示渲染网页。

（5）浏览器基层的Cache 模块中，将统一管理网络资源，支持多个浏览器，支持网络之间的传输，能够统一管理网络，方便缓存，方便同时支持多个浏览器等等。在CookieManager 模块，由于Cookie 里面包含着用户最敏感的信息，在对Cookie 处理的时候非常注意安全性，在实现安全性为前提下再考虑用户的方便性；在Downloader模块网页下载模块主要是完成网络资源的下载功能，并且可以调用函数随时获取网络资源的下载进度。

附图说明

图1为浏览器操作系统进程调用程序的流程图；

图2为IBOS 浏览器操作系统体系结构图；

图3为浏览器操作系统的详细体系结构图；

其中Web OS，Web OS概念最早由Syracuse大学NPAc 的G cFox等人于1995年提出，当时称之为WebWindows。我们称为网络操作系统，是一种基于浏览器的虚拟的操作系统，用户通过浏览器可以在这个网络操作系统上进行应用程序的操作，而这个应用程序也不是普通的应用程序，是网络的应用程序。

Web App web应用，Web App是指基于Web的系统和应用，其作用是向广大的最终用户发布一组复杂的内容和功能。

WebKit是一个开源的浏览器引擎,与之相对应的引擎有Gecko（Mozilla Firefox等使用）和Trident（也称MSHTML，IE 使用）。

Chrome，Google Chrome是一款快速、简单且安全的网络浏览器,能很好地满足新型网站对浏览器的要求。

Firefox，中文俗称“火狐”，是一个自由及开放源代码网页浏览器，使用Gecko排版引擎，支持多种操作系统，如Windows、Mac OS X及GNU/Linux等。

Cache，一种特殊的存储器子系统，其中复制了频繁使用的数据以利于快速访问。

Cookie Manager，有时也用其复数形式Cookies，指某些网站为了辨别用户身份、进行session跟踪而储存在用户本地上的数据（通常经过加密）。Cookie Manager为Cookie管理。

Download，下载。

BPI， Browser Programming Interface，BPI，浏览器编程接口。

X11，X11也叫做X Window系统，是一种视窗系统。

Qt，Qt是1991年奇趣科技开发的一个跨平台的C++图形用户界面应用程序框架。

Hurd系统， Hurd 是一组运行在 Mach 微内核上的服务器，用来实现 Unix 或其他核心（如 Linux）实现了的文件系统、网络协议、及文件访问控制等其他功能。

Mach系统，Mach是一个由卡内基梅隆大学开发的用于支持操作系统研究的操作系统内核，为了用于操作系统之研究，特别是在分布式与并行运算上。是最早实现微核心操作系统的例子之一，是许多其它相似的项目的标准。

Traditional Application，传统的应用。

Web page Instance，网页实例。

UNIX Layer，UNIX操作系统，是一个强大的多用户、多任务操作系统，支持多种处理器架构，按照操作系统的分类，属于分时操作系统；layer是一款web弹层组件，致力于服务各个水平段的开发人员。Unix Layer即Unix组件。

Reference Monitor，基准监视器。

IBOS Kernel，即IBOS内核，The Illinois Browser Operating System(IBOS) 是美国Illinois大学设计和实现的网络浏览器操作系统，是与本申请所设计的浏览器操作系统十分类似的操作系统。

POSIX，Portable Operating System Interface ，缩写为 POSIX ，表示可移植操作系统接口，POSIX标准定义了操作系统应该为应用程序提供的接口标准。

IPC，Inter-Process Communication，即进程间通信，提供了各种进程间通信的方法。

BSS, block Started By Symbol, BSS段属于静态内存分配。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

结合附图1所示，一种满足异构操作系统业务移植的浏览器操作系统设计方法，浏览器操作系统采用基于Hurd系统的操作系统，所述浏览器操作系统包含进程调度程序、内存管理程序、设备驱动程序和文件系统，

所述的进程调度程序的实现步骤包括：

a）触发进程调度程序；

b）比对进程优先权等级；

c）暂停执行优先权等级较低的进程；

d）优先权较高的进程进入就绪队列；

所述的内存管理程序为：内存进程管理、内存分配、内存映射与共享的支持服务功能；

所述内存设备驱动程序为：是操作系统内核与机器硬件之间的接口，设备驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细节；

所述文件系统包括文件系统的接口、对对象操纵和管理的软件集合、对象及属性,负责为用户建立文件，存入、读出、修改、转储文件，控制文件的存取，当用户不再使用时撤销文件。

工作原理：

当触发进程调度时，处理器将触发事件进程的优先权与当前进程的优先权比对，当触发进程优先权高于当前进程优先权时，暂停当前进程，将优先权较高的进程进入就绪队列，执行触发进程，执行完成以后，判断任务队列是否为空，如果是，则结束，如果不为空，则返回；如果触发进程优先权低于当前进程优先权，处理器执行当前进程，执行完成，判断任务队列是否为空，如果是，则结束，如果不为空，则返回。

实施例2：

在实施例1的基础上，结合附图1和附图3所示，所述的内存管理程序中的进程都运行在虚拟地址空间,所述虚拟地址空间通过页表映射到物理内存。

实施例3：

在以上实施例的基础上，结合附图1和附图3所示，所述的虚拟地址空间包括内核空间、栈空间、 内存映射地址和堆，所述堆包括BSS段、数据段和代码段。

实施例4：

在实施例1的基础上，结合附图3所示，所述浏览器操作系统的核心部分为内核层、浏览器基层、浏览器层、Web OS与Web应用程序层。所述浏览器基层的实现包括以下步骤：

1）将浏览器操作系统抽象出浏览器基层；

2）浏览器操作系统的内核层向浏览器基层提供包括内存分配、内存映射与共享、内存回收在内的支持服务；

3）浏览器层使用浏览器基层所提供的支持服务，重构浏览器结构及功能。

4）Web OS与Web应用程序层，采用B/S架构，并通过Web向用户提供一组完整的服务。

浏览器操作系统中核心部分内核层、浏览器基层、浏览器层、Web OS与Web应用程序层的设计采用跨平台的开发技术和基于桌面虚拟化的多核浏览器，使用跨平台的开发技术开发出异构操作系统中可移植的应用程序，基于桌面虚拟化的多喝浏览器可以虚拟异构操作系统运行应用服务环境，在应用服务器上获取异构操作系统的浏览器的访问权限并发布到虚拟桌面网关，通过网关进行HTTP协议交互，实现虚拟异构操作系统之间的通信，因此异构操作系统上的业务应用可以被透明化的访问，满足异构操作系统业务的移植。

实施例5：

在实施例4的基础上，结合附图3所示，所述步骤1）中的抽象采用面向组件编程的抽象，通过定义组件之间的协作关系来完成系统的构建。

实施例6：

在实施例4的基础上，结合附图3所示，所述浏览器基层实现对浏览器层的优化，使浏览器基层具有包括缓存与管理网络资源功能、Cookie 管理功能和统一下载网络资源功能在内的特殊服务，浏览器基层实现对浏览器层的优化，使浏览器基层具有包括缓存与管理网络资源功能、Cookie 管理功能和统一下载网络资源功能在内的特殊服务，所述步骤1）中，浏览器基层具体设置有：

1.1）浏览器编程接口，向浏览器层提供的统一编程接口，向采用各种不同浏览器的浏览器层提供一致性服务，完成系统的功能需求，

1.2）轻型图形界面，采用X11平台上搭载QT实现基础图形服务，为浏览器层提供图形服务支持，所述步骤1.1）中，浏览器编程接口设置有下述模块：

Cache模块，使用内核层提供的内存映射与共享功能，访问高速缓存时，把主存的物理地址或虚拟地址变换成高速缓存的地址，从而访问高速缓存中的数据。

Cookie Manager模块，在内存进程中完成Cookie管理与操作，实现用户Cookie的安全管理；基于Cookie的安全性考虑为前提，实现用户Cookie的安全管理，在内存的进程中完成Cookie管理与操作；保证Cookie的安全性

Downloader模块，完成网络资源的统一下载，并随时获得资源下载进度。

浏览器基（浏览器基层）将会分担浏览器的功能，让浏览器更加专注网页处理等工作，浏览器基下载的速度将大大高于浏览器自身下载速度，这样也间接提升了浏览器的访问速度。

实施例7：

在实施例4的基础上，结合附图3所示，所述步骤2）中内核层的实现步骤为：

2.1）使用Hurd系统的微内核架构完成浏览器操作系统的内核层功能架构的搭建；

2.2）使用Mach系统的微内核的IPC和内存管理来满足操作系统对于内存的要求。具体包括：Mach系统的进程间通信以及内存管理实现内存分配功能、内存映射与共享功能、内存回收功能。

Kernel 层（内核层）：实现传统操作系统的概念和功能，如进程管理、内存管理、驱动硬件等。该层类似于传统操作系统的内核，但不同的是，浏览器操作系统的内核层功能更小，只提供基础服务。但为了实现浏览器基的功能，浏览器操作系统对内核层的内存管理做出改进，改进后的内核层可以方便完成内存管理、内存分配、内存映射与共享等功能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.满足异构操作系统业务移植的浏览器操作系统设计方法，其特征在于：浏览器操作系统采用基于Hurd系统的操作系统，所述浏览器操作系统包含进程调度程序、内存管理程序、设备驱动程序和文件系统，

所述的进程调度程序的实现步骤包括：

a）触发进程调度程序；

b）比对进程优先权等级；

c）暂停执行优先权等级较低的进程；

d）优先权较高的进程进入就绪队列；

所述的内存管理程序为：内存进程管理、内存分配、内存映射与共享的支持服务功能；

所述内存设备驱动程序为：是操作系统内核与机器硬件之间的接口，设备驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细节；

所述文件系统包括文件系统的接口、对对象操纵和管理的软件集合、对象及属性,负责为用户建立文件，存入、读出、修改、转储文件，控制文件的存取，当用户不再使用时撤销文件。

2.根据权利要求1所述的满足异构操作系统业务移植的浏览器操作系统设计方法，其特征在于：所述的内存管理程序中的进程运行在虚拟地址空间,所述虚拟地址空间通过页表映射到物理内存。

3.根据权利要求2所述的满足异构操作系统业务移植的浏览器操作系统设计方法，其特征在于：所述的虚拟地址空间包括内核空间、栈空间、内存映射地址和堆，所述堆包括BSS段、数据段和代码段。

4.根据权利要求1所述的满足异构操作系统业务移植的浏览器操作系统设计方法，其特征在于：所述浏览器操作系统的核心部分为内核层、浏览器基层、浏览器层、Web OS与Web应用程序层；

所述浏览器基层的实现包括以下步骤：

1）将浏览器操作系统抽象出浏览器基层；

2）浏览器操作系统的内核层向浏览器基层提供包括内存分配、内存映射与共享、内存回收在内的支持服务；

3）浏览器层使用浏览器基层所提供的支持服务，重构浏览器结构及功能；

4）Web OS与Web应用程序层，采用B/S架构，并通过Web向用户提供一组完整的服务。

5. 根据权利要求4所述的满足异构操作系统业务移植的浏览器操作系统设计方法，其特征在于：所述步骤1）中的抽象采用面向组件编程的抽象，通过定义组件之间的协作关系来完成系统的构建。

6.根据权利要求4所述的满足异构操作系统业务移植的浏览器操作系统设计方法，其特征在于：所述

步骤1）中，浏览器基层具体设置有：

1.1）浏览器编程接口，向浏览器层提供的统一编程接口，向采用各种不同浏览器的浏览器层提供一致性服务，完成系统的功能需求，

1.2）轻型图形界面，采用X11平台上搭载QT实现基础图形服务，为浏览器层提供图形服务支持，所述步骤1.1）中，浏览器编程接口设置有下述模块：

Cache模块，使用内核层提供的内存映射与共享功能，访问高速缓存时，把主存的物理地址或虚拟地址变换成高速缓存的地址，从而访问高速缓存中的数据；

Cookie Manager模块，在内存进程中完成Cookie管理与操作，实现用户Cookie的安全管理；

Downloader模块，完成网络资源的统一下载，并随时获得资源下载进度。

7.根据权利要求4所述的满足异构操作系统业务移植的浏览器操作系统设计方法，其特征在于：所述步骤2）中内核层的实现步骤为：

2.1）使用Hurd系统的微内核架构完成浏览器操作系统的内核层功能架构的搭建；

2.2）使用Mach系统的微内核的IPC和内存管理来满足操作系统对于内存的要求。