低复杂度的阈值优化实时调度算法

嵌入式实时系统在其CPU及内存资源相对稀缺时,必须采用复杂度低,系统开销小的调度算法.基于阈值的调度算法可以提高任务的调度性,减少任务间的切换,以此减少内存需求和系统开销.提出了基于抢占差值的阈值分配优化算法.算法在最小阈值分配法基础上,从高优先级向低优先级方向设置任务的阈值,为任务集找出一组满足最大抢占差值的阈值分配方案.经过理论分析及实例验证,算法可以显著降低任务的切换次数,并且算法的复杂度优于传统的优化算法.     

改进的最小空闲时间优先调度算法

最小空闲时间优先(least slack first,简称LSF)算法结合任务执行的缓急程度来给任务分配优先级.任务所剩的空闲时间越少,就越需要尽快执行.然而,LSF算法造成任务之间的频繁切换或严重的颠簸现象,增大了系统开销,并限制了其应用.在调度策略中设置抢占阈值可以减少任务之间的切换,但现有的抢占阈值设置方法因受到固定优先级的限制而不适用于LSF算法.为了减轻LSF算法的颠簸现象,基于抢占阈值的思想,提出适用于LSF算法的抢占阈值分配方法,动态地给每个任务配置抢占阈值.任务的抢占阈值是随着任务执行的缓急程度不同而动态地变化的,而且不受任务个数的限制.仿真结果表明,通过对LSF算法的改进,任务之间的切换大大减少,同时降低了任务截止期错失率.该改进型算法对设计和实现实时操作系统具有一定的参考价值.     

模糊动态抢占调度算法

针对不确定任务特征，提出应用模糊理论进行动态抢占调度，用语言模糊集来描述任务的不确定特征和不同的优先级等级，利用最大隶属度原理确定任务的优先级等级，采用优先调度高优先级等级任务的调度策略提高重要任务的调度成功率，实现具有不确定任务特征的抢占调度，与传统的EDF和LSF算法相比较，仿真表明，所提算法能够提高重要任务的调度成功率，并降低重要任务的截止期错失率；同时，任务间的平均切换次数大大小于LSF的平均切换次数，而与EDF保持相当，该方法可应用于计算机控制系统的控制任务调度，并借鉴于其它具有不确定任务特征或具有有限优先级等级的实时调度问题研究中。     

改进的单调速率调度算法

实时系统中调度算法起着重要的作用.单调速率调度算法(rate monotonic algorithm,RM)是一种被 广泛使用的调度算法,并且已被证明是一种最佳的静态优先级算法.传统的RM算法忽略上下文切换需要消耗的时间,针对此问题,提出了一种延迟抢占的改进方法.该方法考虑了上下文切换消耗时间对调度算法的影响,可以减少...     

Linux中一种改进的实时调度算法及其应用

在实时操作系统中,调度算法起着关键性的作用,然而调度算法的开销与系统的调度性能之间经常是一对矛盾.就此问题,结合最新版Linux2.6内核任务调度的特点,提出了一种改进的最小裕度优先(LSF)算法.针对LSF算法中因任务间的频繁切换造成系统开销增大的缺点,通过采用适当的抢占阚值策略减少"颠簸"现象,提高了Linux2.6内核的实时性.     

Xen虚拟机的虚拟CPU松弛协同调度方法

目前,Xen虚拟机调度算法均采用独立调度虚拟CPU的方式,而没有考虑虚拟机各虚拟CPU之间的协同调度关系,这会使虚拟机各个虚拟CPU之间产生很大的时钟中断数量偏差等问题,从而导致系统不稳定.为了提高系统的稳定性,基于Credit算法提出了一种比RCS(relaxed co-scheduling)算法更松弛的协同调度算法MRCS(more relaxed co-scheduling).该算法采用非抢占式协同调整方法将各个虚拟CPU相对运行的时间间隔控制在同步时间检测的上限门限值Tmax之内,同时利用同步队列中虚拟CPU优化选择调度方法和Credit算法的虚拟CPU动态迁移方法,能够更加及时地协同处理虚拟CPU,并且保证了各个物理CPU的负载均衡,有效地减少客户操作系统与VMM的环境切换次数,降低了系统开销.实验结果证明该方法不但保证了系统的稳定性,而且使系统性能得到一定程度的提升.虚拟机调度算法不仅影响虚拟机的性能,更会影响虚拟机的稳定性,致力于虚拟机调度算法的研究是一项非常有意义的工作.     

基于动态抢占阈值的LSF调度算法

在最小空闲时间优先(LSF)调度算法中,当任务集中有多个任务的优先级相同或相近时,过多的上下文切换会产生“颠簸”现象,从而大幅增加系统开销。为此,结合LSF算法的特点,通过设计合理的动态抢占阈值,提出一种改进的调度算法DPTLSF。仿真结果表明,改进的算法能够大幅减少“颠簸”现象的发生,降低任务集的截止期错失率。     

开销敏感的多处理器最优节能实时调度算法

嵌入式多处理器系统的能耗问题变得日益重要,如何减少能耗同时满足实时约束成为多处理器系统节能实时调度中的一个重要问题.目前绝大多数研究基于关键速度降低处理器的频率以减少动态能耗,采用关闭处理器的方法减少静态能耗.虽然这种方法可以实现节能,但是不能保证最小化能耗.而现有最优的节能实时调度未考虑处理器状态切换的时间和能量开销,因此在切换开销不可忽视的实际平台中不再是最优的.文中针对具有独立动态电压频率调节和动态功耗管理功能的多处理器系统,考虑处理器切换开销,提出一种基于帧任务模型的最优节能实时调度算法.该算法根据关键速度来判断系统负载情况,确定具有最低能耗值的活跃处理器个数,然后根据状态切换开销来确定最优调度序列.该算法允许实时任务在处理器之间任意迁移,计算复杂度小,易于实现.数学分析证明了该算法的最优性.     

主桙副版本模型中预分配容错实时调度算法

实时系统中任务的超时完成可能导致灾难性后果,因此要求系统具备容错处理能力,以保证系统出错后的实时性及可靠性。主/副版本模型是提高实时系统容错能力的有效技术。传统的容错实时调度算法通过为副版本预留处理器时间来实现软件容错,为副版本预留的处理器时间在系统运行过程中需动态调整,增加了系统的容错调度开销。提出一种基于res‐backw ards‐RM 预分配子算法的容错实时调度算法BCE*,通过限制预分配过程中高优先级任务的抢占条件,在不影响系统可调度性的同时可以有效避免副版本预留时间的动态调整,降低系统的容错调度开销。仿真实验验证了BC E*算法的可行性及有效性,且在系统出错概率及主版本负载较低的环境下,BC E*算法对系统容错调度开销的优化效果更显著。     

一个ERTOS中TCP层任务互斥问题的研究与改进

本文在分析了嵌入式实时操作系统WebitOS及其协议栈的TCP层发送和接收的基础上，指出了在基于静态优先级调度的实时抢占式系统中，负责TCP发送和接收的两个任务，在对TCP连接的同一个Socket进行操作时，如果这两个任务的优先级不同而发生抢占．就会使得Socket的状态出现异常．并导致TCP发送失败。为此，提出了动态改变优先级和在TCP层建立独立的发送任务两种算法，并对这两种算法进行了分析和评价。     

基于动态抢占阈值的实时调度

具有抢占阈值的调度算法集非抢占调度和纯抢占调度的特点，既减少了由于过多的随意抢占造成的CPU资源浪费，又保证了一定的任务截止期错失率及CPU资源利用率。已有的工作基本集中于讨论任务集完全给定，任务数、任务的优先级及任务的抢占阈值在调度前已完全确定，而且要求不同的任务具有不同的优先级，提出的具有抢占阈值的调度算法，完全放松了对这些条件的限制，即任务的个数不确定，任务的优先级及其抢占阈值在调度过程中可以动态地变化。最后以常用的LSF调度策略为例，结合动态的抢占阈值进行仿真，仿真结果表明，对于不确定的任务集、任务优先级和抢占阈值，利用具有抢占阈值的动态调度算法，降低了任务截止期错失率、提高了CPU的有效使用率。     

Cache-Conscious Limited Preemptive Scheduling

In multi-tasking real-time systems, inter-task cache interference due to preemptions degrades schedulability as well as performance. To address this problem, we propose a novel scheduling scheme, called limited preemptive scheduling (LPS), that limits preemptions to execution points with small cache-related preemption costs. Limiting preemptions decreases the cache-related preemption costs of tasks but increases blocking delay of higher priority tasks. The proposed scheme makes an optimal trade-off between these two factors to maximize the schedulability of a given task set while minimizing cache-related preemption delay of tasks. Experimental results show that the LPS scheme improves the maximum schedulable utilization by up to 40\% compared with the traditional fully preemptive scheduling (FPS) scheme. The results also show that up to 20\% of processor time is saved by the LPS scheme due to reduction in the cache-related preemption costs. Finally, the results show that both the improvement of schedulability and the saving of processor time by the LPS scheme increase as the speed gap between the processor and main memory widens.     

动态抢占阈值调度中的快速任务选择算法

基于动态抢占阈值的实时调度算法集非抢占调度和纯抢占调度的特点,既减少了由于过多的随意抢占造成的CPU资源浪费,又保证了较高的CPU资源利用率。然而,现有的任务选择算法运行时的额外代价严重影响了系统的整体性能。针对这个问题,本文提出一种使用“选择树”作为任务队列结构的、时间复杂度为O（｜log2n｜）的快速任务选择算法。本文从理论上证明该算法正确性的同时,在使用ARM9芯片的Nokia智能手机上验证了该算法在嵌入式实时系统中的有效性。实验表明,该算法在充分利用处理器的同时能够有效降低动态阈值调度算法的额外代价。     

基于Linux的多核实时任务调度算法改进

嵌入式实时系统通常被实现为多任务系统,以满足多个外部输入的响应时间的最后期限约束。Linux内核中已经实现了基于EDF(Earliest Deadline First)调度算法的DL调度器,使得实时任务能在截止期限内运行完成。但对于多核处理器,由于实时任务在EDF算法下会出现Dhall效应,论文对 Linux内核中实时任务调度算法进行了改进。在EDF算法的基础上,实现LLF(Least Laxity First)调度算法并对其加以改进,通过降低任务上下文切换频率以及减少松弛度的计算来减小调度过程中的颠簸现象。实验证明该方法既避免了Dhall效应,又减少了任务上下文切换带来的系统开销,并使得任务能在截止期限内完成调度,取得了较好的调度性能。     

基于多片FPGA的双优先级动态调度算法

针对单片现场可编程门阵列(FPGA)在处理高速网络中海量数据时存在效率低下的问题,结合多处理器的双优先级调度算法,在所构建的多片FPGA并行处理的高速数据采集和处理模型上,提出一种基于多片FPGA的双优先级动态调度算法,并对处于低优先级段的强实时周期任务提出一种最早截止期临界松弛调度(EDCL)算法。根据任务的松弛度确定任务的优先级,若提升时间到达时仍未完成,则将其提升到高优先级段; 对软实时周期任务,设置在中优先级段,通过延长当前任务截止期至动态模糊阈值进行调度。实验结果表明,该算法能很好地调度强实时周期任务,保证重要任务的优先执行,并能降低由于抢占造成的软实时周期任务错失率。     

复杂人力资源约束下的抢占式维修工序调度

针对维修保障系统内部工序调度问题具有工序多、维修人员种类不同、维修人员等级不同等复杂特性,建立以维修工时最短和人力资源总负荷最小为目标函数的多目标多约束优化模型,设计了基于关键路径算法的优先权值编码对抢占式调度问题进行第一层编码,采用随机产生方案得出第二层人力资源编码,进而针对混合粒子群遗传算法设计符合抢占式调度的交叉...     

容错优先级可提升的抢占阈值容错调度算法

基于软件容错模型,提出了允许容错优先级提升的抢占阈值容错调度算法(extended fault-tolerantfixed-priority with preemption threshold,简称FT-FPPT*).该算法能够在抢占式容错调度算法(fault-tolerantfixed-priority preemptive,简称FT-FPP)和抢占阈值容错调度算法(fault-tolerant fixed-priority with preemptionthreshold,简称FT-FPPT)无法提高系统容错能力的情况下,进一步提高系统的容错能力.为了获得系统中任务优先级分配的最佳策略,基于任务最坏响应时间的可调度性分析,提出了一种最优的优先级配置搜索算法(priorityassignment search algorithm,简称PASA).经过深入分析和实验证明,与FT-FPPT算法相比,FT-FPPT*算法能够有效地提高硬实时系统的容错能力.     

面向对象实时多任务系统的优化实现模型

论文提出了一种基于抢占门限的实时多任务系统的优化实现模型,它同时具有低开销与高可调度性。该模型扩展了固定优先级调度模型,同时通过实现模型中线程数的减少实现了运行时的低开销。文中同时也讨论了互不抢占分组的实现算法及每个任务最大抢占门限的分配算法。