以学习操作系统构建数字化转型的数智动能

伴随着数据要素价值的凸显,如何以教育数据的有效治理,充分发挥数智驱动教育变革的强大潜力,成为教育数字化转型的关键所在。在智能教育大脑的隐喻下,学习技术系统依托于充当“数智大脑”角色的核心构件,搭建“数据组织—数据建模—数据分析”的教育数据治理通路,深度挖掘并最大化释放教育数据价值。基于此,文章以数据为主线重塑新一代学习技术系统框架,并以学习操作系统作为核心构件的隐喻,从“为何”“是何”及“如何”三个方面深度阐释其来源、内涵与体系架构,聚焦于数智动能的系统实现。同时,基于团队研发的“数智大脑”平台,文章以案例故事的形式描绘其在学校教育中的多元化使用场景,展现出以学习操作系统构建的数智动能的强大应用潜力,以期为数智驱动教育数字化转型提供全新的视角和思路。

车控操作系统实时性/安全性保障技术

电子控制技术为智能网联汽车的高速发展持续赋能,车控操作系统是保障汽车电子控制软件安全、高效、实时运行的基石。随着智能网联汽车向集中式、端云融合式电子电气架构发展,车载硬件演化为多核异构处理器、弹性计算平台,车控软件向面向服务的软件架构转变,车控操作系统的架构、关键技术等也随之发展。综述了智能网联汽车用车控操作系统的发展历程与现状,对任务调度、实时性/安全性保障、形式化表征与验等基础理论和关键技术进行深入分析,阐述现有车控操作系统的技术挑战与发展趋势,为智能网联汽车的车控操作系统发展提供参考。

高职“Linux操作系统”课程建设与实践

以高职“Linux操作系统”课程为例,以专业教师、思政教师与企业导师相互配合,组建高素质结构化教学团队、建设“双师型”教师队伍为基础,以开发校企合编新型活页式教材、在线课程和数字化实训室等数字资源为载体,依托校企共建的“华为信息与网络技术学院”“北斗导航协同创新中心”,融入“云、大、物、智”等新一代信息技术,采用任务驱动、理实一体、行动导向教学理论开展教学。应用研究表明,课程实施教师、教法、教材的“三教”改革对培养学生的知识、技能、素质等方面有明显的促进作用,有效达成了人才培养既定教学目标。

基于线上线下混合式教育的LINUX操作系统课程思政探索与实践

“课程思政”是实现“立德树人”根本任务的重要举措。近年来,课程团队基于线上线下混合式教学模式开展了LINUX操作系统课程思政的探索和实践。从课程目标、教师教学能力、线上线下教学各个环节等方面全程全方位将课程思政有机融入,旨在培养“德才兼备”LINUX操作系统人才。

基于真实硬件的操作系统安全实验设计

本文探索了基于开源硬件,教授低级安全概念的相关方法,包括与构建实践学习环境相关的尝试,并对嵌入式内核进行扩充,引导学生深入了解支持树莓派3B+上的系统调用和内存保护,且设计的作业旨在帮助学生深入了解复杂的硬件细节。最终教学结果表明,基于真实硬件设计操作系统安全实验,提供了一种培养学生分析和解决较复杂问题的有效方法。

面向系统能力培养的操作系统课程教学改革实践探究

在新工科背景下,文章针对操作系统教学过程中系统能力培养方面存在的不足,探讨了操作系统教学实践改革。首先分析了操作系统教学存在的问题,并指出实验教学改革的必要性;接着提出了多模式融合的教学模式,以页面置换算法为实验案例,详细阐述了实验项目案例的开发过程,培养学生分析问题、解决问题的能力,引导学生深入掌握操作系统的原理及实现方法,锻炼了学生的工程实践能力,有效地提高了学生的实验积极性和自主性,促进了学生系统能力的提升。

课程思政背景下操作系统教学改革探究

操作系统是计算机专业的一门核心课程,课程内容中蕴含着丰富的思政元素。操作系统的课程特点便于将思政元素与授课内容进行融合,有利于对学生进行思想政治教育,培养学生的思想政治素养。该文对操作系统课程思政建设进行了探究,介绍了课程思政建设的背景意义、实施思路、教学安排、思政案例、实施措施等内容,对操作系统课程的教学改革起到了积极作用。

高职《Linux操作系统应用》课程思政的设计与实践——以工匠精神为例

在高职院校专业课程教学中要重视课程思政,贯彻“各门课程都具有育人功能”的精神。本文通过在高职《Linux操作系统应用》课程教学中融入工匠精神,给出了高职专业课程课程思政的设计全过程,包括课前自我思政、课中沉浸思政、课后思政再强化三个环节,使学生逐步感受、认识,从而达到课程思政育人目标。

嵌入式操作系统加载模式选择方法研究

针对现有嵌入式操作系统加载模式选择方法会增加额外硬件开销和牺牲加载速度的问题,提出了一种基于链路状态信息的嵌入式操作系统加载模式选择方法。该方法利用上电后先复位PHY等外设再复位CPU,CPU运行BootLoader读取并判断PHY的链路建立指示信号确定加载模式,若链路建立指示信号指示网络已连接好,则选择以太网远程加载模式,其他情况下都选择本地存储器加载模式。工程应用实测结果表明,该方法稳定可靠。

课程思政视域下基于SPOC的操作系统课程线上线下混合式教学探索

操作系统是计算机相关专业的一门核心课程,该课程理论性强、涉及的知识面广,错综复杂、再者因操作系统在计算机系统中负责管理和控制软硬件资源,起着承上启下的作用,所以涉及较多的软硬件知识,这些特点也导致操作系统课难教,学生难学,考试成绩不尽如人意的情况。在充分考虑我校学生的学情及地方应用型本科更注重“应用型”“实践型”的体系结构设置特点的基础上,从立德树人的角度出发,将思政元素融入课堂教学内容,提出课程思政视域下基于SPOC的操作系统课程线上线下混合式教学探索研究。

计算机桌面操作系统的交互界面设计演化与趋势研究

桌面操作系统是管理计算机硬件与软件资源的系统平台,桌面操作系统用户界面与产品交互的设计研发经历了从文本界面到图形用户界面等多个发展阶段。文章以全球具有代表性的桌面操作系统为目标,对其交互界面设计的演变过程、发展趋势和设计特征进行研究,并在研究基础上提出了桌面系统设计的趋势,以期为国产操作系统的桌面设计提供新的思路。

基于华为“智能基座”的操作系统课程建设

针对知识、能力、素质的培养目标,基于华为“智能基座”课程建设,提出融入openEuler技术的操作系统课程教学过程,重构课程教学目标和教学内容,介绍在广东工业大学计算机科学与技术伏羲班、软件工程卓越班、人工智能创新班进行的教学实践,通过对教学效果进行的调查问卷和反思分析,说明该课程有效地提高了学生的系统分析能力、国产软件自主创新的意识和社会责任感,其课程成果对其他班级的教学具有示范作用。

操作系统病毒传播模型及混合防御策略

针对现实网络中用户业务需求偏好和单一防御策略的局限性,研究提出操作系统病毒传播模型及混合防御策略。首先,将网络按照采取的防御策略拆分成子网,综合考虑子网间的交叉感染和网络中病毒传播的关联性,构建多防御策略下的操作系统病毒传播模型,给出了系统的平衡点求解和稳定性分析。其次,引入网络业务评估指数及负面成本定义,提出了抑制操作系统病毒传播的混合防御策略,设计了策略最优配置计算方法、执行流程和参数辨识算法。理论和实验结果表明,所提出的操作系统病毒传播模型及混合防御策略能有效补充传统防御手段的空档期。

柔顺宏微操作系统动力学建模及振动抑制研究

针对高速大范围宏运动时柔顺微操作器的微纳振动问题,建立系统动力学模型并设计改进离散滑模控制策略对微观弹性振动进行抑制。首先以气浮宏动平台和压电纤维微操作器构成的宏微操作系统为对象,结合假设模态法、拉格朗日方程和非对称迟滞模型,建立系统综合机电动力学模型。然后,在所建模型基础上设计变速趋近律调节切换增益,从而实现非线性离散滑模控制。最终搭建宏微操作系统测控平台,并进行轨迹跟踪和振动抑制试验。在轨迹跟踪时,对于不同频率的正弦参考轨迹,所设计的控制策略均能精确跟踪给定信号且误差较小;在振动抑制时,当宏动平台沿梯形与S轨迹运动时,微操作器残余振动稳定时间比改进前分别减少26.1%和50.0%,比无控制时分别缩短53.6%和53.3%。验证了动力学模型与离散滑模控制的有效性,提高了系统控制精度与效率。

面向ARINC653操作系统的综合化航空电子软件代码自动生成方法

综合化航空电子系统(Integrated Modular Avionics, IMA)是一类典型的安全关键系统,具有分布式、异构、计算资源和物理资源强耦合等特征。随着IMA系统趋于复杂化和智能化,系统的功能越来越多地采用软件来实现,如何对这类复杂软件进行建模并自动生成代码成为一个重要挑战。文中提出了一种基于AADL(Architecture Analysis and Design Language)的综合化航空电子系统代码生成方法。首先,提出HMC4ARINC653(Heterogeneous Model Container for ARINC653)属性集扩展,使其具备描述IMA软件架构、异构功能行为和非功能属性的能力;其次,提出IMA模型到C代码及ARINC653系统配置文件的映射规则,并遵守MISRA C安全编码规范,生成的代码能够在ARINC653操作系统上部署并仿真执行;最后,设计并实现了相应的原型工具,以ARINC653操作系统和工业界实际案例,验证了所提方法和工具的有效性。

一种面向嵌入式操作系统的形式化验证方法

操作系统是整个计算机系统的核心与基石,其可靠性与安全性至关重要.操作系统的故障或漏洞可能会导致系统崩溃、数据丢失、隐私泄露和安全攻击等问题,特别是在安全攸关系统中,一旦操作系统发生错误,就可能会造成重大人员伤亡或财产损失.一直以来,如何保障操作系统的安全性和可靠性对学术界和工业界都是一个重大挑战.目前验证操作系统安全性的方法有软件测试、程序静态分析、形式化方法等.其中,形式化方法是最有潜力确保操作系统安全可信的方法,通过使用形式化方法,建立数学模型并进行系统的形式化分析和验证,从而发现潜在的错误和漏洞.在操作系统中,形式化方法可以用于验证操作系统的功能正确性、完整性以及系统安全性等.在已有的针对操作系统形式化验证的成果基础上,提出了一个面向嵌入式操作系统的形式化验证方案,采用VCC(verified C compiler)、CBMC(C bounded model checker)以及PAT(process analysis toolkit)工具分别对操作系统单元层面、模块层面和系统层面进行验证.该方法已成功应用到某操作系统的任务调度架构案例中,对于嵌入式操作系统的分析验证具有一定的通用性。

面向核事故应急处置的遥操作系统设计与实验研究

针对核事故现场的物理屏蔽严重、应急处置作业条件复杂、作业对象不明确等特点,研究并设计了一款基于动态自组网的机器人遥操作系统。在自组织网络实时Mesh保持良好通讯的情况下,利用叠加在真实回传视频中的虚拟模型,提出一种基于空间梯度的人工势场力觉引导算法。操作者可通过观察视觉交互系统中模型的变化和感受施加在自研主手的引导力,提高时延条件下的操作效率和临场感。实验表明,核辐射条件下遥操作系统130 m的通讯时延在30 ms以下,可满足视频传输的带宽要求。力觉引导下的物体避障抓取实验验证了算法的可行性和遥操作系统的工程实用性。因此,本文设计的基于动态自组网的机器人遥操作系统,可使操作者以更加直观自然的方式参与到遥操作系统中,有效提高操作员完成复杂遥操作任务的安全性和操作性能。

智慧建筑操作系统研究与应用

数据作为新型生产要素已成为科技驱动产业发展的推力和国家核心竞争力。在建筑业向建设、运维全周期高品质发展的关键期,原有单业务模式应用软件系统的建筑数据碎片化和本地化问题突出,易形成数据孤岛效应,无法实现全生命周期贯通和多业务融合。为此,提出面向数据的智慧建筑操作系统,构建建筑全生命周期数据智能融合技术,建立数据驱动建筑业务应用软件开发的新模式,支撑建筑多样、多态、多变智慧应用,促进智慧建筑发展,服务我国智慧城市和建筑业智能化、数字化转型的重大需求。

星载操作系统中面向混合多任务类型的两级准入控制策略

随着空间技术的发展,星载操作系统从单一任务类型的封闭式系统转变为多种任务类型混合的开放式系统,此时系统的可预测性难度和不确定性增大,而现有的表调度策略已无法解决该场景下多任务类型混合调度时的可调度性分析问题,同时也不能支持系统运行时新任务的动态载入,阻碍了星载操作系统的智能化和多样化发展.针对该问题,本文以保障航天器的实时性需求及功能的可扩展性为研究目标,提出基于任务关键等级的两级准入控制策略.通过模型建立对任务的时间特性进行了描述,并全面分析了高优先级任务产生的最大干扰时间,进而分别提出基于干扰时间上界和基于响应时间分析的可调度性判定方法.实验结果表明,相较于现有算法,本文方法极大地减小了高优先级任务干扰时间的计算开销,并通过对任务运行时信息的追踪,改善了算法实时性能,提升了处理器利用率,为解决航天器系统中零散任务的准入控制问题提供了理论基础.

一种空间多核操作系统容错调度算法

目前计算机系统逐步采用多核处理器来提升性能,空间操作系统如何管理多核资源是发挥处理器性能的关键。在航天等安全关键领域中,采用固定点任务与定期任务混合调度,在保证可靠性的前提下提高效率。现有针对混合任务模型的多核调度算法仅考虑任务分配问题,没有考虑到系统中某一核心出现故障时如何进行容错。FT-RTA算法是一种空间多核操作系统容错调度算法,当一个核心上出现瞬时故障,将故障核心上在故障时间段内的所有任务迁移至正常核心上执行,使计算机系统不会感知到此次核心故障,成功屏蔽故障。经过实际应用中的典型参数验证,算法可以成功屏蔽核心故障,进行系统无感知的容错。