多核实时调度策略EDZL的研究与实现

论文摘要

采用多核处理器架构技术现已成为提升处理器性能的主要手段,并逐步应用到实时系统设计中。多核实时调度算法的研究业已成为学术界和工业界的热点问题,并取得了丰硕的成果。全局调度策略因其具备任务抢占次数少、资源利用率高等优点,成为多核实时调度领域主流研究方向之一。EDZL （Earliest Deadline First until Zero Laxity）是一种全局多核调度算法,具备良好的实时性和较高的资源利用率,是多核实时调度研究的热点。目前各种多核实时调度算法缺乏在实际实时操作系统中的实现,运行时开销和可调度性分析等数据不足,制约了其在实时系统领域的实际应用。因此建立能够验证各种实时调度算法实际性能的实时操作系统实验平台成为迫切需求。LITMUSRT（Linux Testbed for Multiprocessor Scheduling in Real-Time systems）是目前流行的多核实时调度实验平台,但其支持的实时调度算法有限,仍需不断完善和扩充。本文在集成Litmus2010-2内核补丁的Linux2.6.34版本内核之基础上,开发了可有效支持EDZL全局实时调度策略的实时操作系统内核调度器。设计实现了实时任务运行时的状态转换和进程抢占,零松弛状态事件的实时捕捉与处理,和实时任务进程全生命周期内的动态优先级队列高效管理等关键技术。本文开发了可有效简化实时应用程序创建与运行时管理的实时应用程序管理系统,并提供了可视化图形操作界面,具备很好的易用性。大量的测试结果与实时任务集运行时调度实验数据验证了EDZL实时调度器的正确性与有效性。本文工作有利于更多实时调度算法的运行时性能分析与比较,并为深入开展EDZL实时调度策略应用研究提供了有益的技术储备和丰富的实验数据支持,为推动理论研究成果向实际系统的应用起到了促进作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究目标和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 论文的组织结构
• 第2章 相关理论与技术
• 2.1 多核实时调度的相关理论
• 2.1.1 多核系统的分类
• 2.1.2 周期任务模型和偶发任务模型
• 2.1.3 多核实时任务调度的基本分类
• 2.1.4 划分与全局调度
• 2.1.5 EDZL实时调度策略
• 2.2 实时调度算法实现的相关技术
• 2.2.1 Linux内核调度器
• 2.2.2 LITMUSRT
• 2.3 本章小结
• 第3章 EDZL调度器的概要设计
• 3.1 EDZL调度器的总体设计
• 3.2 内核调度模块的设计
• 3.2.1 实时任务进程的运行时状态
• 3.2.2 内核调度模块的核心数据结构
• 3.2.3 实时任务调度相关的函数
• 3.2.4 实时任务队列管理
• 3.2.5 内核调度模块与Litmus类的插件接口设计
• 3.3 实时应用程序管理模块的设计
• 3.3.1 实时应用程序的运行框架设计
• 3.3.2 实时应用程序的创建
• 3.4 本章小结
• 第4章 EDZL调度器的详细设计与实现
• 4.1 内核调度模块关键技术实现
• 4.1.1 动态优先级队列管理
• 4.1.2 实时任务进程抢占时机
• 4.1.3 任务切换的实现
• 4.1.4 零松弛状态检测与优先级置顶
• 4.2 实时应用程序管理模块的实现
• 4.2.1 Linux内核系统调用
• 4.2.2 实时应用程序的执行流程
• 4.2.3 实时应用程序管理的实现
• 4.3 本章小结
• 第5章 实验测评及分析
• 5.1 实验平台搭建
• 5.1.1 系统开发的软硬件环境
• 5.1.2 内核调试技术
• 5.2 实验步骤
• 5.2.1 实验准备
• 5.2.2 实验的操作步骤
• 5.3 实验结果分析
• 5.3.1 实验结果展示
• 5.3.2 实验结果分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 未来工作与展望
• 参考文献
• 致谢
• 科研项目和论文发表情况