实时线程库研究与实现

并发已经日益成为当今软件的一个重要方面。该文力图通过实现一个高级的面向对象的,跨平台的C++线程和同步库,提供本地线程机制的高层抽象,从而获得更多的灵活性和控制性。特别是,针对实时系统中的优先级和调度的基本需求,开发了线程库的实时特性,实现了线程的本地优先级映射和支持优先级继承协议的锁机制。     

实时中间件的优先级映射

实时CORBA(common object request broker architecture)规定了独立于操作系统的CORBA优先级,每个请求都可以携带CORBA优先级,而执行请求的所有线程都使用该CORBA优先级映射后的本地操作系统优先级.如何将范围较大的CORBA优先级映射到范围较小的操作系统优先级,并且尽量保持CORBA优先级的序关系,避免优先级翻转是实时CORBA需要解决的重要问题.该问题在实时中间件中具有普遍意义.简要介绍了实时中间件中的优先级映射机制,提出了中间件优先级到本地操作系统优先级的静态散列法和动态映射法,并给出了动态映射法的实现算法.散列法实现简单,但会影响中间件的互操作和可移植性,难以保证优先级映射的严格序关系;动态映射法实现复杂,但能严格保证优先级映射的序关系.     

实时CORBA线程研究与实现

近年来实时CORBA的在金融、电信、保险、医疗、制造业等行业发挥着越来越重要的作用,开发基于实时CORBA的应用程序,提高系统端对端的预测能力,使系统具有可靠健壮的性能.首先论述了实时CORBA体系结构与线程控制机制,对实时CORBA的ORB、POA与线程控制机制关系、实时CORBA线程的实现方式、线程的管理策略作了分析讨论,在这基础上讨论了建立实时系统的应用实例,将CORBA优先映射为本地优先,提供了灵活的线程管理机制,有效防止了线程的优先级翻转.     

线程库的研究与实现

本文详细论述了分布式中间件和分布式应用开发对线程库的需求,并结合实时CORBA中间件开发的实际,提出了一个具有Java风格的线程接口、统一线程优先级、能够在不同平台上运行、具有多级调度能力、满足分时和实时应用的面向对象线程库;给出了线程库中关键技术的解决方法和相关算法。     

实时CORBA平台依赖层的研究和实现

目前实时CORBA在电信、电子商务、证券、复杂工业控制等领域发挥着越来越重要的作用。针对这些应用的特点,首先论述了分布式中间件和分布式应用开发对多线程的需求,再在实时CORBA的基础上,设计并用C++实现了一个具有Java风格的面向对象的平台依赖层,它能够在不同的平台上运行,可以把CORBA优先级映射为本地优先级,具有固定优先级的调度策略,在提供灵活的线程管理的同时,能够有效地防止优先级反转。     

一种解决μC/OS中优先级反转问题的方案

针对实时系统中的优先级反转问题,提出了一种采用优先级继承机制来解决优先级反转问题的方案,并给出了在μC/OS中的实现。该方案基于互斥信号量,描述了相应的数据结构和主要算法并对算法作了简要的分析。     

在μC/OS-II中消除优先级反转

使用实时内核,优先级反转是实时系统中出现最多的问题。为了防止这种现象的发生,内核必须能够自动变换任务的优先级,目前比较有效的方法有优先级继承和优先级顶置等。而作为一个优秀而应用广泛的实时内核,μC/OS-II没有防优先级反转的机制。基于此,首先分析了优先级反转及解决方法,然后提出如何对μC/OS-II的调度算法进行扩展,使其支持优先级顶置协议,从而良好解决了该实时系统中的优先级反转问题,提高了系统的实时性能。     

Java多线程编程中线程生存期和优先级的探讨

在JAVA多线程编程中，理解线程的生存期和优先级是编制多线程程序的基础。主要介绍了Java多线程机制的线程生存期和优先级的原理、线程的生存期和优先级决定着整个线程实现。     

在μC/OS-Ⅱ中消除优先级反转

使用实时内核,优先级反转是实时系统中出现最多的问题。为了防止这种现象的发生,内核必须能够自动变换任务的优先级．目前比较有效的方法有优先级继承和优先级顶置等。而作为一个优秀而应用广泛的实时内核,μC／OS-Ⅱ没有防优先级反转的机制。基于此,首先分析了优先级反转及解决方法,然后提出如何对μC／OS—Ⅱ的调度算法进行扩展．使其支持优先级顶置协议,从而良好解决了该实时系统中的优先级反转问题．提高了系统的实时性能。     

基于优先级组的分布式互斥算法的改进

主要介绍了一种分布式互斥算法的改进方案，首先简要介绍了基于权标的常规算法，然后提出了优先级组算法的另一种方案，并详细阐述算法的设计思想及其数据结构，本算法最主要的特点是在分布式互斥中引入了优先级和树的概念，从而将Raymond和Ricart_Agrawala互斥算法较好地结合了起来。     

实时控制系统中优先级反转问题的解决方法

以实时操作系统μC/OS-Ⅱ为例,分析了产生优先级反转的原因,提出了解决该问题的2种方法,即互斥信号量(Mutex)和实现时间片轮番调度法。在保证共享资源互斥访问的前提下,将优先级反转的发生有效地限制在一个层次上,降解了优先级反转现象的发生。     

确定中断和抢占延迟的嵌入式实时内核

在这篇文章中实现了优先级继承协议和中断线程化,使用新的方法实现了中断处理。通过在MMU-less的ARM处理器平台上实现基于Linux 2.6.x的硬实时系统,并且也会比较经过改进后的实时性能的提高。试验结果显示了系统的中断响应时间和加锁时间为确定时间,提高了实时性能。     

基于任务的SolCS内核实时能力的实现

自主研发一个嵌入式操作系统内核SolCS,其内核主要包括任务管理、中断管理、内存管理、同步与通信管理、时间管理、I/O管理等功能模块。通过对其总体架构的分析与设计,在任务管理方面实现了基于优先级的抢占式任务调度和分时间轮转调度,同时采用信号量机制来实现对临界资源的互斥访问以及利用优先级继承协议来解决优先级逆转的问题,在涉及任务的中断管理方面也作了改进,以此来增强其实时能力,使其可以提高嵌入式应用系统的实时性,能够满足实时应用的要求。     

改善Linux核心可抢占性方法的研究与实现

随着开放源码的Linux应用逐渐普及，改进Linux的性能，使其适用于实时领域成为一个极具潜力的发展方向．在参考了与此相关的研究的基础上，该文对改善Linux核心可抢占性的方法提出了3个改进措施：中断管理进程化、改进互斥锁的机制和增加互斥锁协议支持，并在Linux2．2系列的核心上加以实现．试验证明，这些改进达到了减少系统的抢占粒度，提高调度精度的目的。     

改进的优先级继承协议在μC/OS中的实现

优先级反转是在基于优先级可剥夺型的实时系统中由于访问共享资源造成阻塞而引起的高优先级任务在低优先级任务之后执行的现象。本文在深入研究相关协议和μC/OS-Ⅱ内核的基础上针对这些缺陷提出了一种改进的优先级继承协议并在μC/OS-Ⅱ上实现了基于该协议的算法。     

嵌入式Linux中调度算法的实现及优化

本文论述实时嵌入式Linux的多任务调度算法实现机制。结合嵌入式操作系统的特点，重点介绍基于优先级驱动嵌入式系统的一种实时调度优化算法的实现机制，讨论如何在GPL下充分利用现有的实时调度算法开发适合嵌入式Linux的优化调度方法，并提出了具体的实现思路。     

基于动态滑模的无死锁时间管理算法

基于新一代仿真体系结构HLA的IEEE1516新标准中的最大有效逻辑时间关键值,讨论最大有效逻辑时间在HLA时间管理中的重要意义,分析其在常规时间推进算法中的实现及死锁的产生,研究并证明HLA时间推进中的4个产生死锁的充分条件,即互斥条件、请求保持条件、不剥夺条件和环路等待条件,提出动态滑模的概念,设计了基于动态滑模的无死锁时间管理算法,对Lookahead的合理设置进行了分析。     

Improving responsiveness of time‐sensitive applications by exploiting dynamic task dependencies

In this paper, a mechanism is presented for reducing priority inversion in multiprogrammed computing systems. Contrary to well‐known approaches from the literature, this paper tackles cases where the dependency relationships among tasks cannot be known in advance to the operating system. The presented mechanism allows tasks to explicitly declare aforementioned relationships, enabling the operating system scheduler to take advantage of such information and trigger priority inheritance, resulting in reduced priority inversion. We present the prototype implementation of the concept within the Linux kernel in the form of modifications to the standard Portable Operating System Interface (POSIX) condition variable code, along with an extensive evaluation, including a quantitative assessment of the benefits for applications making use of the technique and comprehensive overhead measurements. In addition, we present an associated technique for the theoretical schedulability analysis of a system using the new mechanism, which is useful to determine whether all tasks can meet their deadlines or not, in the specific scenario of tasks interacting only through remote procedure calls and under partitioned scheduling.