分级调度系统中处理器资源自适应机制设计

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复杂嵌入式实时系统广泛应用于航空航天、汽车控制等领域,这些系统对实时性、可靠性等性质有较高的要求。分级调度是嵌入式实时系统中一类典型的复杂调度模型,其为实时系统提供可预测的时序以及时间上的分割,在分级调度系统中,子系统应收到足够的CPU资源,以便能够保证其内部运行组件的时序约束。在静态分级调度系统中,一个已知数量的CPU资源会分配给其内部子系统,然而在动态分级调度系统中,其内部运行任务的执行时间在系统运行时是变动的,此时如果根据每个子系统的最大需求值来分配处理器资源,则会造成部分CPU资源的浪费。本文研究面向复杂实时系统中处理器资源自适应调整机制,通过实时监测系统内部运行实际负载而进行动态分配CPU资源。  本文在Linux内核中添加了一个自适应分级调度架构(Adaptive Hierarchical Schedulingframework,AdHierSched),基于处理器资源的调整机制,提出了两种处理器资源自适应分配机制:(1)针对动态系统,设计了处理器资源预设值控制机制,通过运用动态任务和静态任务对该机制进行了验证,结果表明:系统内部运行任务的截止期限超出率(Deadline MissRatio,DMR)明显减小,很大程度上调高了实时系统运行的性能。(2)设计了处理器资源预设值预借机制,结合处理器资源预设值控制机制,通过在分级调度系统运行时监测各子系统的实时需求来进行CPU资源在系统中的动态分配,系统内部资源在各个子系统中得到了更好的分配,进而提高了动态架构整体的资源利用效率,从而使更多的应用能够集成在同一硬件平台上同时运行。本文对资源预设值预借机制和CPU资源预设机制在AdHierSched架构中运行时的开销进行分析,二者所给系统增加的额外开销相比于系统总的开销很小,表明两种处理器资源调节机制具有较好的应用前景。
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