共享资源敏感的准划分调度器的设计与实现

论文摘要

实时系统在众多关键领域中有着重要的应用,例如航空电子、汽车电子等。伴随应用需求的提高,实时系统也变得日益复杂,因此对系统性能提出了越来越高的要求,而近年迅猛发展的多核技术组成的多核系统在性能上具有很好的规模伸缩性,因此多核技术得到了实时嵌入式领域的广泛关注。实时调度问题一直是实时系统领域研究的热点问题,而多核技术在实时领域的应用给实时调度问题带来了巨大的挑战。与传统的单核系统相比,多核系统中的各核心之间通常要访问共享的系统资源,不同核心上的实时任务对这些共享资源的细粒度访问造成了实时系统时间行为的复杂性和不可预测性。隔离技术是减少任务间干涉的有效手段,通过隔离技术提高多核系统时间行为的可预测性,对于多核实时系统调度问题是有非常重要价值的。针对上述问题,本文设计实现了一个支持准划分调度策略的多核实时调度器,并将空间隔离技术应用于多核实时调度问题的研究中。本文首先基于Linux扩展实现了一个多核准划分实时调度器,并对该调度器的任务迁移等相关开销进行了测量,测量结果表明该调度器的相关开销非常小,对于准划分实时调度器的性能几乎没有影响。然后在该系统中扩展了共享Cache隔离的功能,在该系统平台中进行实验验证实时任务执行时间的波动情况。从实验结果进行分析表明,对于共享Cache冲突敏感的实时任务,在加入共享Cache隔离之后,实时任务执行时间的波动明显减少,提高了实时任务执行时间的可预测性,从而使实时调度系统更加安全,减少实时任务错过截止期的可能。

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 研究现状
• 1.4 论文的组织结构
• 第2章 相关工作
• 2.1 实时系统
• 2.2 多核实时调度
• 2.3 存储技术
• 2.3.1 存储器层次
• 2.3.2 Cache基本原理
• 2.3.3 Cache性能分析
• 2.4 共享缓存隔离
• 2.5 本章小结
• 第3章 多核实时调度实验平台
• 3.1 准划分调度器的设计
• 3.1.1 系统结构
• 3.1.2 调度器框架设计
• 3.1.3 准划分调度器
• 3.2 准划分调度器的实现
• 3.2.1 主要数据结构
• 3.2.2 实时调度类的实现
• 3.2.3 准划分调度插件的实现
• 3.2.4 高精度实时调度器实现
• 3.3 共享Cache隔离策略的设计
• 3.3.1 Linux内存管理
• 3.3.2 共享Cache隔离设计
• 3.4 共享cache隔离策略的实现
• 3.4.1 应用层实现
• 3.4.2 映射层实现
• 3.4.3 分页层实现
• 3.5 本章小结
• 第4章 准划分调度器开销分析
• 4.1 问题提出
• 4.2 实验方法
• 4.3 实验结果分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 共享缓存隔离实时任务执行时间分析
• 5.1 问题提出
• 5.2 实验环境设置
• 5.2.1 硬件环境配置
• 5.2.2 实时环境设置
• 5.2.3 实时任务颜色设置
• 5.2.4 测试程序的选择
• 5.3 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