开放式实时系统的调度理论与方法分析

随着实时系统应用的日益广泛,多类型实时和非实时任务并存的情况给系统调度机制带来了新的需求和挑战.开放式实时系统的相关研究因为解决这一问题而受到关注,也为调度理论与方法带来了新的思路.在阐述了开放式实时系统的基本概念和理论的基础上,提出了一种调度对象的层次性模型,适用于开放式实时调度环境.对几种有代表性的相关方法进行了详细的比较研究,指出它们各自的功能特征和适用范围及其共同特征.把不同方法进行有机集成是可行的,也是一个发展方向,可以使各方法在集成的调度机制内各施所长,更适合于开放式实时系统的应用环境.     

嵌入式实时调度框架研究

嵌入式实时操作系统环境中的多类型实时任务并存的情况给实时调度机制带来了新的需求和挑战。提出了一种适用于嵌入式实时环境的调度框架,可以调度多类型实时和非实时任务,且可通过自适应控制来调节软实时任务带宽,使系统实时性最优化。它引入了两个层次的任务准入控制,解决了任务相关性和资源等约束问题,保证了进入系统的任务独立性和可调度性。它具有良好的可扩展性和可配置性,适用于分布式实时环境。     

基于双层调度框架的开放式实时系统非实时应用调度

在开放式实时系统中,多类型实时和非实时应用同时并存,这给系统调度机制带来了新的需求和挑战。对一种开放式实时系统调度机制进行了简单的介绍,指出了非实时应用调度时不可抢占区可能影响系统可调度性,并提出了一种解决方案,弥补了原有调度机制的缺点,完善了开放式实时系统的双层调度框架,保证了开放式实时系统并存多类型实时及非实时应用的可调度性。     

RTAI混合任务调度器的设计与实现

针对RTAI系统只能调度单一类型任务的问题,提出一种可调度多类型任务的混合任务调度器。该调度器支持CBS调度策略,并采用LXRT机制关联软实时任务和CBS服务器,根据服务器调度策略对软实时任务进行调度。实验结果表明,该混合任务调度器在保证硬实时任务正常运行的同时提高了软实时任务的服务水平。     

开放式实时嵌入式系统自适应调度模型研究

开放式实时嵌入式系统中多类型实时任务并存和资源受限的情况给实时调度机制带来了新的需求和挑战。通过引入准入控制、资源管理、调度服务器、自适应调节机制等,提出了一个形式化的自适应调度模型。它能适应开放计算环境的不确定性,有控制地接受不同类型任务的运行;可根据系统资源和任务需求的最新变换情况计算带宽变化,自适应地调节任务的优先等级,使得系统运行在最优的实时性能上;该模型在某航空机载系统设计中得到了实际应用,同其它类似系统相比,该模型的应用提高了系统的调度性和系统稳定性。     

嵌入式Forth操作系统实时调度算法研究

针对目前嵌入式Forth操作系统中缺乏实时调度机制的问题,对基于Forth虚拟机架构的嵌入式操作系统中多任务调度的关键技术进行了研究。采用Forth虚拟机技术,新定义了一种中断任务类型来处理实时突发事件,并给出了一种新的任务调度算法来调度 Forth系统中终端任务、后台任务以及中断任务顺利运行。实验结果表明,改进后的 Forth 系统能够通过实时调度处理突发事件,并且实时响应度高,尤其适用于对实时性有要求的嵌入式环境中,以满足日趋复杂的嵌入式环境对高效操作系统和 Forth 技术的应用需求。     

开放式实时系统双层调度框架的一种改进方案

分析了开放式实时系统双层调度框架的调度特点,指出了其仅适用于硬实时环境的缺陷。在保证硬实时应用可调度性的基础上,针对硬实时和软实时应用的不同特点提出了一种改进方案,增加了软实时应用的处理,拓展了原方案的适用范围,完善了开放式实时系统的双层调度框架,最后用理论证明与仿真实验验证了改进方案的有效性。     

RTAI下动态集成的资源预留调度器的设计与实现

近年来基于双内核架构增强Linux操作系统实时性的RTAI(Real-Time Application Interface)在工业控制等硬实时领域得到广泛应用。RTAI通过抢占Linux的执行来保障硬实时性,Linux被抢占的时间依赖于硬实时应用的处理器要求而每次均会有较大不同,导致Linux的执行时间不可预测,从而无法保障软实时应用的服务质量。动态集成的资源预留调度器(Dynamic Integrated Resource Reserved Scheduler,DIRRS)通过增强RTAI调度器使其支持资源预留机制,在Linux实现可动态集成的、基于服务器的调度策略,不但可以保证Linux及其以上的软实时应用,即使在有硬实时任务并发时也能得到处理器资源,而且很容易通过更换不同的服务器内核模块来实现用户自定义的调度策略。     

一种开放混合实时系统的开放自适应调度算法

开放计算环境下的实时与非实时任务不确定并发,以及多种实时约束混合的复杂约束系统,即开放混合实时系统的需求越来越广泛.通过引入接收控制、调度服务器、自适应调节机制,提出一种开放环境下的自适应实时系统调度架构--OARtS(open adaptive real-time scheduling).它能适应开放计算环境的不确定性,有控制地接受实时任务运行;可根据系统空闲计算带宽变化,自适应地调节任务的实时等级,使得系统运行在最优的实时性能上;对于软实时任务,可根据其计算带宽需求变化,自适应地调节其计算带宽分配,以适应任务执行时间时变引起的实时不确定性.     

基于分批优化的实时多处理器系统的集成动态调度算法

提出了一种基于分批优化的实时多处理器系统的集成动态调度算法，该算法采用在每次扩充当前局部调度时，通过对所选取的一批任务进行优化分配的策略以及软实时任务的服务质量QoS（quality of service）降级策略，以统一方式实现了对实时多处理器糸统中硬、软实时任务的集成动态调度．进行了大量的模拟研究，结果表明．在多种任务参数取值下，新算法的调度成功率均高于近视算法（Myopic Algorithm）．     

A capacity sharing and stealing strategy for open real-time systems

This paper focuses on the scheduling of tasks with hard and soft real-time constraints in open and dynamic real-time systems. It starts by presenting a capacity sharing and stealing (CSS) strategy that supports the coexistence of guaranteed and non-guaranteed bandwidth servers to efficiently handle soft tasks’ overloads by making additional capacity available from two sources: (i) reclaiming unused reserved capacity when jobs complete in less than their budgeted execution time and (ii) stealing reserved capacity from inactive non-isolated servers used to schedule best-effort jobs.CSS is then combined with the concept of bandwidth inheritance to efficiently exchange reserved bandwidth among sets of inter-dependent tasks which share resources and exhibit precedence constraints, assuming no previous information on critical sections and computation times is available. The proposed Capacity Exchange Protocol (CXP) has a better performance and a lower overhead when compared against other available solutions and introduces a novel approach to integrate precedence constraints among tasks of open real-time systems.     

基于发布/订阅模型的中间件实时拓展

基于发布/订阅模型的卫星数据模型中间件不具备实时性。为此,给出一种对其进行实时拓展的服务软件总体框架。提出将任务的中间件优先级映射到本地节点优先级的线性均匀分布动态映射算法。引入超周期思想,在静态优先级可抢占调度算法下,对优先级任意的硬实时周期和非周期混合任务进行可调度性分析。采用恢复块技术对其进行冗余备份以解决服务软件单点故障。分析结果表明,该框架基本可以满足实时系统的要求。     

通用调度框架的改进及其在Linux中的实现

在嵌入式Linux实时系统中,要求内核对不同时问约束的任务采用不同的调度算法.但目前Linux内核采用单一的实时调度模式,不能灵活地执行多种调度算法,也就无法满足实时系统中实时任务的时间约束.引入了一种能够在Linux内核调度中执行多种调度算法的框架,即通用调度框架(GSF),并改进了其中的多算法调用机制,从而更好地在Linux内核中实现GSF.     

Aperiodic servers in a deadline scheduling environment

A real-time system may have tasks with soft deadlines, as well as hard deadlines. While earliest-deadline-first scheduling is effective for hard-deadline tasks, applying it to soft-deadline tasks may waste schedulable processor capacity or sacrifice average response time. Better average response time may be obtained, while still guaranteeing hard deadlines, with an aperiodic server. Three scheduling algorithms for aperiodic servers are described, and schedulability tests are derived for them. A simulation provides performance data for these three algorithms on random aperiodic tasks. The performances of the deadline aperiodic servers are compared with those of several alternatives, including background service, a deadline polling server, and rate-monotonic servers, and with estimates based on the M/M/1 queueing model. This adds to the evidence in support of deadline scheduling,versus fixed priority scheduling.     

An Open Environment for Real-Time Applications

This paper describes an open system architecture that allows independently developed hard real-time applications to run together and supports their reconfiguration at run-time. In the open system, each real-time application is executed by a server. At the lower level, the OS scheduler schedules all the servers on the EDF basis. At the upper level, the server scheduler of each server schedules the ready jobs of the application executed by the server according to the algorithm chosen for the application. The paper describes the two-level CPU scheduling scheme used by the open system and the design and implementation of a uniprocessor open system within the framework of the Windows NT operating system. The implementation consists of three key components: the two-level hierarchical kernel scheduler, common system service providers, and real-time application programming interface.     

淤地坝监测场景下边缘计算协作式任务调度方法

针对目前我国西北地区淤地坝实时监测问题,研究了淤地坝监测与预警任务的调度方法.为避免淤地坝坝体隐患发现不及时,提高预警系统的时效性,本文考虑了任务卸载至边缘服务器的平均等待时间,提出了一种淤地坝监测场景下边缘计算协作式任务调度方法.根据任务计算量、边缘服务器计算能力等信息建立计算任务完成时间模型,然后采用模拟退火算法优化计算任务卸载位置,设计了一种多个边缘计算服务器相互协作的任务调度策略.实验结果表明,该方法有效降低了监测任务的计算时间,提高了监测预警的时效性.     

基于混合架构的嵌入式实时操作系统设计

在嵌入式实时操作系统中,单独使用合作式调度或抢占式调度难以同时完全满足时间触发任务和事件触发任务调度的性能要求。针对该问题,结合不同调度方式和触发方式的优点,设计一个基于混合架构的嵌入式实时操作系统SinewOS。该系统支持时间/事件触发、合作式/抢占式的混合调度以及同等优先级任务的调度。实验结果证明,该系统具有良好的可预测性和时间确定性,事件响应速度快,代码空间要求低,适用范围广。