关于RTOS抢占式调度及优先级反转的几点探讨

抢占式调度是RTOS的一个重要的调度策略,它保证了嵌入式系统的实时性.合理地分配任务的优先级和使用系统资源将会大大提高系统的性能.而解决优先级反转问题将保证系统共享资源的合理使用和多任务的正常运行.在对RTOS抢占式调度策略的研究的基础上,指出了什么是优先级反转,以及问题发生的原因,并给出了优先级继承和优先级封顶的解决方法.     

一种有限优先级的静态优先级分配算法

静态优先级调度在实时系统中得到了广泛应用.然而,静态优先级调度受到系统支持的优先级个数的限制.当任务的个数大于优先级个数时,需要将多个任务映射到同一个优先级.针对优先级个数有限的情况,给出了在截止期限大于周期时任务可调度的充分必要条件,并提出了基于有限优先级的静态优先级分配算法(AGP).AGP算法对于基本任务集合是最优的静态优先级分配算法.其最优性表现在,所需的优先级个数最小,并且若采用AGP算法不可调度某个任务集,则采用其他静态优先级分配算法也不可调度该任务集.模拟结果表明,AGP算法的可调度性要远远大于常量法.AGP算法对于解决在嵌入式实时系统中任务的优先级分配问题具有重要意义.     

一种面向BSP系统的多等待队列作业调度算法

在以往的BSP（Bulk Synchronous Parallel）系统中,作业调度都是采用基于单队列的优先级调度策略.它的优点是实现简单,但作业队列维护开销大,低优先级作业存在无限等待的问题.论文提出了面向BSP系统基于多等待队列的按优先级作业调度算法,以高响应比优先级队列为作业组织方式,并加入了作业优先级的动态调整策略,避免了低优先级作业因长期得不到执行而废弃的情况.目前,论文所提算法已成功运行于BC-BSP系统中.文中通过实验进一步证明,融合了作业优先级调整策略的基于多等待队列的作业调度算法较传统的单队列优先级调度算法在队列维护方面,能降低30％～50％的维护代价.另外,在兼顾作业的初始优先级的同时,能够减少低优先级作业的等待时间,避免低优先级作业的无限等待问题.     

单处理器系统的实时调度算法研究

实时调度算法是实时系统中的关键技术.文章在研究单处理器系统中常用实时调度算法:固定优先级调度算法和动态优先级调度算法基础上,详细分析了常用固定优先级调度算法RM、DM算法和动态优先级调度算法EDF、LLF和MLLF算法的运算过程和使用条件,提出了各个算法在实际应用中存在的问题,为实际应用中选择何种实时调度算法确定了依据.     

异构分布式环境下多DAG工作流的混合调度策略

关于多个DAG工作流在异构分布式环境下调度的研究近来有了新的进展,也解决了一些问题,但现阶段还没有考虑和解决根据不同类型DAG的需求按优先级进行分类,以及对不同时间到达的多个不同优先级DAG进行调度的问题.为解决这些问题,针对各用户对DAG工作流的QoS需求的不同,在对不同用户的DAG工作流进行优先级划分的基础上,首先提出了一种新的调度模型,并改进了已有的公平调度算法,解决在不同时间上被提交的具有相同优先级的多个DAG工作流之间调度的公平性问题.为了提高资源利用率和高优先级DAG尽可能小地受低优先级DAG的影响,又提出了一种适用于多个不同优先级DAG之间调度的Backfill算法.在新的系统模型和这两种算法的基础上,提出了一种混合调度策略.实验结果表明,这种混合调策略能够兼顾不同时间到达的多个不同类型DAG调度需求和资源利用率的改善.另外,通过实验发现了关于两个DAG调度所特有的"拖尾"规律,具有进一步研究和应用的价值.     

一种静态最少优先级分配算法

随着实时系统越来越多地应用于各种快速更新系统,尤其是各种片上系统,如PDA(personal digital assistant),PSP(play station portable)等,性价比已成为系统设计者的主要关注点.实际应用中,实时系统通常仅支持较少的优先级,常出现系统优先级数小于任务数的情况(称为有限优先级),此时,需将多个任务分配到同一系统优先级,RM(rate monotonic),DM(deadline monotonic)等静态优先级分配算法不再适用.为此,静态有限优先级分配是研究在任务集合静态优先级可调度的情况下,可否以及如何用较少或最少的系统优先级保持任务集合可调度.已有静态有限优先级分配可分为两类:固定数目优先级分配和最少优先级分配.给出了任意截止期模型下任务静态有限优先级可调度的充要条件以及不同静态有限优先级分配间转换时的几个重要性质,指出了系统优先级从低到高分配策略的优越性,定义了饱和任务组与饱和分配的概念,证明了在任务集合静态优先级可调度的情况下,最少优先级分配比固定数目优先级分配更具一般性.最后提出一种最少优先级分配算法LNPA(least-number priority assignment).与现有算法相比,LNPA适用范围更广,且复杂度较低.     

基于阻塞调度的优先级反转解决策略

目前通常采用优先级上限协议解决策略,但该协议的系统资源利用率较低。针对该问题,深入分析了优先级反转的必要条件并提出了一种新的阻塞调度算法,能有效的避免优先级反转和检测死锁现象,同时具有较高的资源利用率和较广的适用范围。     

基于动态优先级的机场滑行道调度优化算法

为提高机场航班的地面运行效率,针对航班滑行道调度问题,提出一种动态调整航班优先级序列的滑行道调度优化策略。为实现该策略,对遗传算法进行改进,采用双链染色体编码的方式,并行优化航班的滑行路径和优先级序列。通过设定两个适应度函数,利用改进的遗传算法确定各航班的滑行路径,根据滑行路径的变化动态调整航班优先级序列,在此基础上由冲突解脱算法得到具体的调度计划。实验结果表明,该算法有效解决了航班间的冲突问题,能得到最优的调度滑行路径和优先级序列。     

静态实时中间件的优先级映射问题

使用截止期单调(DM)调度算法和分布式优先级冲顶资源访问控制协议(DPCP)的实时CORBA系统中,当节点的本地优先级个数不足时,必须将多个全局优先级映射成一个本地优先级.这需要:①判定映射后任务可调度性的充分必要条件;②减少时间复杂度的映射算法.为此,推导出判定条件,确定了DGPM映射算法.该算法在保证系统可调度的前提下分配任务,或者证明映射后系统不可调度.证明了DGPM算法能调度其他直序列优先级映射算法可调度的任务和GCS集合.判定条件和算法在实际项目中得到了应用.     

实时控制系统中固定优先级调度的延迟与抖动控制

在基于固定优先级调度实时控制系统中,任务的延迟与抖动是影响系统稳定性的重要因素,提出一种基于可抢占时间阈值的延迟与抖动控制策略,给出一种保证系统可调度的最优闽值分配算法,并通过对任务延迟和抖动的分析量化出阀值分配后的争最大可能IO延迟及抖动.最后通过仿真实验验证了该策略的有效性.