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嵌入式网络设备在线热升级的研究及实现

作　者: 雷震宇
导　师: 戴锦友
学　校: 武汉邮电科学研究院
专　业: 通信与信息系统
关键词: 在线升级热补丁嵌入式系统 Linux系统
分类号: TP393.05
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

提供高可用性的网络设备一直是设备制造商所追求的目标之一,然而在对设备进行日常维护的过程中,因为软件设计缺陷或者增加新功能,需要不断升级系统软件,通常的系统软件升级方法包括替换软件版本和重启等过程,升级过程中设备往往处于非正常工作状态,影响网络的正常运转。基于对网络系统的软件升级过程的分析和研究,本文提出了一种基于Linux操作系统的在线热升级方法,能够完成通过网络对设备进行不需重启系统的升级过程,保证在设备的持续运行过程中完成系统软件的升级,从而确保网络设备在软件升级过程中仍能正常工作,不对网络业务造成影响。本文阐述的在线热升级方法分为两个模块,在线升级模块和热补丁模块。前者通过网络完成热补丁下载到目标机中,后者在不中断系统正常运行的情况下,在线修改系统软件中的某个局部。在线升级模块,主要功能是使用网络编程技术,自动完成本地设备上的升级进程从补丁服务器上下载补丁程序。热补丁模块主要使用软件的联机调试技术,使得升级进程能够直接暂停目标进程,更改目标进程中目标函数在内存中的内容,达到与补丁库相关联的目的,然后恢复目标进程运行,完成软件升级。同时完成补丁程序块的管理。本文分析了在线热升级技术,以及该技术的提出背景和研究现状,通过比对众多在线升级技术的优劣体现本技术的优势；并给出在线热升级技术各个模块的具体设计和实现；同时在Linux的设计平台上实现设备的在线热升级,并对实验结果进行详细分析和评估。测试评估结果表明该方法能有效提高网络设备的可用性和可扩展性,具有很高的使用价值,满足OSDL(Open Source Development Labs,开放源代码发展实验室)发布的电信级Linux标准CGL(Carrier Grade Linux)中对HA(High Availability,高可用性)的要求。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-14
  1.1 研究背景  9
  1.2 软件维护的研究现状  9-12
    1.2.1 在线软件升级技术  10
    1.2.2 主控冗余技术  10-11
    1.2.3 ISSU技术  11
    1.2.4 使用共享对象技术  11-12
  1.3 在线热升级方法  12
  1.4 本论文的研究意义和主要内容  12-14
第2章在线热升级系统相关理论基础  14-23
  2.1 Linux下基于TCP/IP协议栈的网络编程  14-17
    2.1.1 插口层  14-15
    2.1.2 基于TCP的客户/服务器模式  15-17
  2.2 Linux系统ELF文件格式  17-20
    2.2.1 ELF头部  18
    2.2.2 程序头部表  18-19
    2.2.3 节区头部表  19-20
  2.3 Linux系统共享对象与动态链接机制  20-23
    2.3.1 动态符号表、动态字符串表和哈希表  20
    2.3.2 GOT表与位置独立代码  20-21
    2.3.3 PLT表  21-22
    2.3.4 共享库的使用  22-23
第3章在线热升级系统原理  23-31
  3.1 补丁下载系统原理  23
  3.2 热升级系统原理  23-31
    3.2.1 热升级系统基本原理  24-25
    3.2.2 热升级基本原理的改进  25-26
    3.2.3 热升级系统实现的关键  26-31
第4章在线热升级系统的设计  31-49
  4.1 在线热升级系统架构设计  31-33
    4.1.1 在线获取补丁的网络拓扑  31
    4.1.2 热升级的功能模块  31-32
    4.1.3 系统进程之间关系  32-33
  4.2 制作补丁文件  33-35
  4.3 预处理  35-38
    4.3.1 预留中间跳转区  35-36
    4.3.2 生成函数替换表  36-38
  4.4 补丁下载模块的详细设计  38-41
    4.4.1 补丁信息表patch_info_table  38-39
    4.4.2 补丁下载模块设计  39-41
  4.5 热升级模块的详细设计  41-49
    4.5.1 函数替换表解析子模块设计  41-42
    4.5.2 补丁管理子模块设计  42-44
    4.5.3 补丁激活子模块设计  44-47
    4.5.4 补丁去激子活模块设计  47-48
    4.5.5 补丁删除子模块设计  48-49
第5章在线热升级技术的评估测试  49-58
  5.1 测试方法  49-50
    5.1.1 环境搭建  49
    5.1.2 测试步骤  49-50
  5.2 测试过程  50-58
    5.2.1 测试函数  50-52
    5.2.2 预处理过程  52-54
    5.2.3 制作补丁文件  54
    5.2.4 热升级测试及结论  54-58
第6章总结与展望  58-60
  6.1 总结  58
  6.2 展望  58-60
参考文献  60-62
致谢  62-63
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文  63-64
附录2 主要英文缩写语对照表  64

嵌入式网络设备在线热升级的研究及实现

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