小议开放式混合实时系统中的调度方法研究

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1、中国科学技术大学博士学位论文开放式混合实时系统中的调度方法研究姓名：王立刚申请学位级别：博士专业：计算机软件与理论指导教师：龚育昌20060501中国科学技术大学博士论文摘要实时系统主要面向现实世界中与时间因素相关的应用需求，在工业控制、航空航天和军事设备等众多领域里有着广泛的应用。它所关注的不仅是计算结果在逻辑上的订三确性，而且还有输出结果时间上的及时性。随着实时系统应用的不断深入发展，多类型的硬实时、软实时与非实时任务共存于同一系统中的情况越来越普遍，致使其复杂性不断提高。开放式混合实时系统即是针对这种实际情况被提出的。本文在对开放式混合实时系统的调度问题进行了深入分析的基础

2、上，对调度问题进行了系统的研究，提出了一种新的集成调度框架一一RPDS(RigorouslyProportionalDispatchingServer)。针对广泛存在的不确定实时环境，提出了一种反馈控制实时调度算法NF．QoS(NormalizedFairQoS)。结合具体的操作系统平台(MiniCore)讨论了集成上述两种调度算法的设计与实现方案，构建了一个原型操作系统RT-MiniCore。在混合实时系统中，调度器必须既保证所有硬实时任务严格按照其时间约束在截止期内完成，又要尽可能提高软实时任务和非实时任务的服务质量。RODS算法就是为解决这个问题而提出的，并以此为基础构建了

3、⋯种层次式调度框架。该算法将不同类型实时任务分开，由不同调度器调度，由RPDS统一派发时间片。在保证硬实时任务不受其他类型任务影响的基础上，RPDS将处理器时间流分成连续的小段，并在每一小段中强制为非硬实时任务分配一个时间片，使软实时任务的截止期错失率达到了最小化。对于在系统中同时运行的各类应用程序，可单独进行开发和验证，并可以选择不同的局部调度器。任务间的QoS公平性是多QoS级别的可调节动态实时调度系统中的一个重要问题。本文引入了标准化QoS公平的概念，在公平性中加入了任务的重要性因素，并构造了具有PID反馈控制环节的实时调度算法NF．QoS，以达到系统的标准化QoS公平。利

4、用NF．QoS对系统截止期错失率进行实时采样，定期反馈给PID控制器，根据PID控制器计算的结果对各任务QoS级别进行动态调整，以保证各任务公平地得到处理器资源。调度方法要在实际中得到应用，需要与具体的操作系统相结合。本文介绍了一种我们提出的基于服务体／执行流模型(Servant／Exe．FlowModel，SEF)的摘要中国科学技术大学博士论文操作系统构造方式。它抛弃了进程／线程概念，转而采用更基本的服务体、执行流作为系统的基本抽象。采用SEF模型的操作系统不光在灵活性、可扩展性、效率方面有很好的表现，而且它的某些特性，使其非常适合应用在实时领域。为了在实践中检验本文所提出的实

5、时调度理论和方法，结合基于SEF模型构建的原型操作系统MiniCore，设计了RPDS与NF．QoS在MiniCore中的具体实现的方案。该方案将系统调度部分从核心服务体中剥离出来，集成两种实时调度方法以及非实时的0(1)调度方法，结合具体的底层支持机制，形成调度服务体，从而可在操作系统级提供较为完善的、可满足开放式混合实时系统需求的调度支持以及反馈控制调度支持机制。根据上述设计方案，构建了原型操作系统RT-MiniCore。并在此系统上，设计了实验方案，进行了一系列实验。实验所获数据表明，开放式混合实时系统所期望的硬实时j软实时和非实时任务集成调度的目标已经达到，其它实时性能指

6、标也可满足许多实际应用的需要。本文所做出的具有创新特色的贡献如下：1．提出了一种新的面向开放式混合实时系统的调度方法：RPDS，并从理论上证明了其正确性和有效性。该调度方法不仅能保证硬实时任务时间约束的完全满足，而且也极大地降低了软实时任务的截止期错失率。2．针对不确定实时环境中的QoS调整需求，提出了QoS标准化公平的动态反馈控制实时调度算法NF．QoS。该算法能够根据各任务的相对重要性，通过PID反馈控制对各任务的QoS级别进行调整，使其适应系统内外环境的动态变化，达到QoS的相对公平。3．在深入研究实时调度算法与操作系统的关系以及算法所倚赖的底层支持机制的基础上，设计实现了

7、基于SEF模型的原型实时操作系统RT-MiniCore，实验验证了所提出的调度方法和调度算法的有效性。关键词：开放式混合实时系统，实时调度，反馈控制，服务体／执行流模型，实时操作系统中国科学技术大学博士论文AbstractReal-timesystemsaremainlydesignedtosatisfythetimingrequirementsfromtherealworldapplications．Theyarewidelyadoptedinmanyareas，suchasi