探析开放式实时linux的研究与设计

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1、丫76S665饭旦大学学校代码：10246学号：021021071博士学位论文开放式实时Linux的研究与设计院系(所)：信息科学与工程学院专姓业：计算机系统结构名：朱响斌指导教师：涂时亮教授完成日期：2005年4月15日案鼻．冬吉、尊疗局息勿譬史圣；F茁．摘要伴随着计算机技术的不断发展，实时系统的应用范围不断地扩大，其系统规模和复杂程度也不断地提高。特别是随着网络与多媒体应用的日益普及，将会有大量的实时系统与网络多媒体应用有密切关系。具体地表现在多种类型的实时应用．包括硬实时应用，软实时应用以及非实时应用共存于一个系统的情况越来越广泛。这样实时系统的结构也将变得日益复杂，从而使

2、实时系统的软件内部结构的研究成为一个重要的研究内容。另一方面这些实时系统中的实时性要求又呈现出一些新的特点，譬如流媒体中的实时性要求，它要求在特定的时间内处理完特定数量的流媒体信息，并且要求端系统和网络系统都必须支持QoS，而这种Qos的要求一方面要求可以由用户和系统容易地进行控制。另一方面又要求在系统超负载或不稳定时，系统的QoS的下降是也是可控制的。因而这些软实时系统就需要有一种能很好地满足其QoS要求的调度模型，使其对QoS的要求能很好地溶入到调度中去。这样就要求该调度模型应具有相当大的灵活性，这种灵活性体现在能够定量地描述软实时系统满足时限与不满足时限的情况，因此调度算法

3、在该系统损失帧时能很好地控制损失帧情况，使系统能较好地满足其QoS的要求。基于上述的现实背景，本文对传统开放式实时系统的调度方法进行了深入研究．提出了基于动态窗口限制调度的开放式实时系统(DWCS—ORTS：DynamicWindow-ConstrainedScheduling—OpenReaI．Timesystem)。开放式实时系统中非相关的实时应用可单独进行开发和可调度性分析，并且当系统进行动态扩展时，无须作全局的可调度性分析。动态窗口调度(DWCS．DynamicWin．dow．ConstrainedScheduling)机制是基于窗口限制模型的调度机制，譬如(m，k)窗E

4、l限制。它足一种非常灵活的调度机制，因此它能很好地满足系统对调度灵活性的要求。在此基础上，充分利用d眦S特点，提出了开放式实时系统的自适应Q0s调度方法，并且结合具体的操作系统平台(Linux)，讨论了集成调度框架的设计与实现方案。．DWCS．0RTs把传统的二层调度框架依据实时L．nux的特点扩充到二／三层结构，系统如不需要支持硬实时任务，可以采用二层结构，当需要支持硬实时任务时，采用三层结构．解决开放式实时系统中的多类型任务调度问题。DWCS-ORTS可以支持不同类型的实时应用和非实时应用的同时运行。实时应用程序可以在不影响其它任务情况下动态加载，并可选择不同的局部调度器，再

5、由系统支持它们的统一调度。另外。DWCS调度对开放式实时系统下的服务质量控制有很好的支持，并提供了相应的解决方法。为检验DWCS—ORTS的有效性和实际应用效果，就需要与具体的操作系统相结合，目前Linux操作系统是一个非常合适的系统。因而我们的DWCS-0盯S是结合Linux操作系统提出的，并且根据此设计框架完成了主要部分的系统实现工作。最后本文设计了实验方案，进行了相应的实验。实验数据表明，该系统能够很好地进行硬实时、软实时和非实时任务集成调度，支持端系统的QoS保证，并且还具有一定的QoS的自适应能力。关键词：开放式实时系统、动态窗口限制调度、调度、实时操作系统、自适应Qo

6、S、硬实时、软实时中图分类号：TP316．2VAbstractWiththedevelopmentofcomputerscienceandtechnology,theapplicationfieldofreal—timesystemsiscontinuouslyextended．Andthescaleandcomplexityofreal—timesystemsarealsoincreasedcontinuously．Specially,lotsofreal-timesystemswillberelatedwithnetworkandmultimediaapplicationsi

7、nthenetworkandmulti-mediadevelopment．Sothecasesthatdifierentkindsofhardreal—time，softreal—timeandnon-real-timeapplicationscoexistinonesystembecomemoreandmorepopular．Thissituationmakesthereal-timesystembecomemorecomplexandcausestheinnerframewo