基于任务同步及节能的实时调度算法研究

论文摘要

实时任务在实际应用中通常需要以独占方式同步访问共享资源,但是由于资源的独占性导致高优先权任务运行时往往被低优先权任务阻塞,从而产生优先权反转,难以满足任务的实时性。同时当前处理器由于较高的能量消耗,导致处理器热量散发的提高及系统可靠性的降低,已经成为目前计算机领域较为关心的问题。针对上述问题,提出一种基于任务同步及节能的实时动态调度算法HDSA (Hybrid Dynamic Scheduling Algorithm),以有效地解决上述的难题。HDSA结合速率单调调度算法及最早时限优先调度算法,在满足周期性任务实时可调度性及任务同步的限制条件下,降低处理器运行速度以节省能耗。HDSA包含静态算法及动态算法两部分。静态算法在静态条件下,固定临界区的运行速度,并求出非临界区部分的静态速度。动态调度算法在实际运行中,充分利用任务运行时的空闲执行时间,调节处理器的速度,以有效降低能耗。HDSA允许高优先权任务的非临界区部分抢占低优先权任务的临界区部分,减少高优先权任务被阻塞的时间,能以较低的速度运行达到降低系统能耗的目的。同时也能避免高优先权任务被阻塞时,临界区继承高优先权任务的速度时所造成的处理器电压开关的频繁切换,因而能有效地降低实时任务调度的成本。由于频率继承的均匀降速算法USFI(Uniform Slowdown with Frequency Inheritance)在调度性能上明显优于一些相关的有效算法,通过模拟仿真测试对比HDSA与USFI算法的调度性能,表明HDSA在调度性能上优于其他的相关有效算法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的来源、目的和意义
• 1.2 实时系统任务同步及节能调度现状研究
• 1.3 论文研究内容及组织结构
• 2 实时系统相关研究
• 2.1 实时系统概述
• 2.2 硬实时系统性能技术点研究
• 2.3 硬实时系统目前存在问题研究
• 2.4 本章小结
• 3 任务调度模型
• 3.1 任务模型
• 3.2 能量模型
• 3.3 同步协议
• 3.4 本章小结
• 4 HDSA 算法研究
• 4.1 HDSA 提出的前提条件
• 4.2 HDSA 静态算法描述
• 4.3 基于RM 的HDSA 动态算法
• 4.4 基于EDF 的HDSA 动态算法
• 4.5 调度成本分析
• 4.6 本章小结
• 5 仿真测试与分析
• 5.1 测试环境与工具
• 5.2 综合测试结果
• 5.3 β对调度性能的影响
• 5.4 α对调度性能的影响
• 5.5 资源数量对调度性能的影响
• 5.6 离散的电压层次对调度性能的影响
• 5.7 本章小结
• 6 总结和展望
• 6.1 内容总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文