嵌入式Linux实时调度优化研究

论文摘要

目前,随着嵌入式Linux系统广泛应用于嵌入式产品、实时控制、通信设备等领域,增强嵌入式Linux内核的实时性变得尤为重要,而嵌入式Linux内核的核心是任务调度,任务调度的优化及实时性改进的根本在于调度算法。实时调度算法的优化是实时领域的一个重要研究方向。现在大部分调度算法是基于优先级的,且许多学者在此基础上进行改进,并提出了很多新的算法,但在兼顾系统稳定性和实时性方面不是很理想。在任务控制块中增加“空闲时间/裕度”相关属性,已经成为任务调度算法的新思想,引起了广泛的关注和重视。另外,Linux系统只能针对某一特定类型任务进行调度,此种调度模式已经不再适用。本文围绕提高系统实时性和稳定性,探索在任务调度框架及算法方向进行优化、改进。主要研究工作如下:(1)阐述嵌入式操作系统的发展历程,分析嵌入式Linux应用于嵌入式产品、实时控制等领域的重要性及普及性,并总结Linux系统在实时性方面不强的原因。(2)针对Linux内核的实时调度模式单一,不能同时支持多种调度算法的缺陷。移植通用调度框架到Linux上来满足实时系统对实时任务的各种时间约束,并且优化通用调度框架,使Linux操作系统能更灵活的执行多种调度算法。(3)分析研究嵌入式Linux中任务调度算法,考虑到算法在满足系统实时性和稳定性的不足,提出一种改进的LLF算法:首先在任务控制块中增加“裕度”属性,任务按裕度分配优先级,还赋予任务一个价值值,构成实际意义上的双优先级系统。当任务的富裕度相近或相等时,比较任务的价值值,优先运行价值大的任务。(4)实现优化后的通用调度框架及改进后的调度算法,测试算法在系统负载教重和超载的情况下任务的切换数和截止错失率,以及调度框架的调度延时,分析试验测试结果验证本文算法的正确性和可行性及框架的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究动态
• 1.3 问题的提出及本文思想
• 1.4 论文的组织结构
• 第二章 嵌入式操作系统及其调度算法
• 2.1 嵌入式操作系统
• 2.1.1 嵌入式实时操作系统的分类
• 2.1.2 嵌入式操作系统特点
• 2.2 嵌入式LINUX 内核
• 2.2.1 嵌入式LINUX 内核结构
• 2.2.2 影响嵌入式LINUX 系统实时性的问题
• 2.3 实时调度算法
• 2.3.1 实时调度算法
• 2.3.2 实时调度算法的分析比较
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于 GSF 的调度框架优化
• 3.1 调度框架优化设计
• 3.1.1 基于GSF 优化框架结构
• 3.1.2 优化框架的调度属性
• 3.1.3 优化框架包含的组件
• 3.2 调度框架的优化实现
• 3.2.1 优化框架中Allocator 的实现
• 3.2.2 优化框架中Dispatcher 的实现
• 3.2.3 优化框架总体实现
• 3.3 本章小结
• 第四章 调度算法改进与实现
• 4.1 LLF 算法的研究
• 4.1.1 LLF 算法相关概念
• 4.1.2 颠簸现象
• 4.1.3 LLF 算法的改进思想
• 4.1.4 改进算法可行性分析
• 4.2 基于价值的LLF 算法改进与实现
• 4.2.1 基于价值的LLF 算法改进
• 4.2.2 基于价值的LLF 算法实现
• 4.3 本章小结
• 第五章 实验及分析
• 5.1 调度框架时延测试
• 5.2 调度算法仿真实验
• 5.2.1 测试环境
• 5.2.2 测试方法
• 5.2.3 结果分析
• 5.3 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录（攻读硕士学位期间发表论文目录）
• 摘要
• ABSTRACT