[发明专利]执行多个操作系统的计算机

说明书

本发明涉及一种执行多个操作系统中任一按需要切换到的操作系统的计算机以及一种用于切换这些操作系统的方法。更具体地，本发明涉及一种以特定的优先级方式切换多个操作系统的方法。

迄今，已知虚拟机(VM)是由大型机使用的以在单个计算机上运行多个操作系统的技术。根据该技术，执行在大型机内并行运行的多个虚拟机上切换的多个用户任务(以下把进程和线程通称为任务)。通常把虚拟机实施成大型机中的一个进程；在它和用户任务的关系的观点下还可把虚拟机认为是一个操作系统。

通常，根据所考虑的虚拟机的优先级向每个虚拟机分配预定的时隙(分配的CPU时间)。在分配的时隙内各虚拟机切换并运行用户任务。在JPA 5-197577“用于虚拟机的执行优先级控制系统”中公开说明了用来改进这样的虚拟机的执行效率的一种技术。

上面提及的技术涉及多个虚拟机以及一个用于控制多个虚拟机的虚拟机监视器。在开始或终束诸如系统任务的高优先级任务的执行下，某虚拟机通知该虚拟机监视器所考虑的任务的优先级。作为响应，该虚拟机监视器改变所考虑的虚拟机的执行优先级以遵守接收到的优先级。当改变每个虚拟机的执行优先级以和要执行的任务的优先级匹配时，则称为有效地执行了对虚拟机的控制。

同时，微处理机，尤其是埋置式使用的微处理机的性能的改进以及操作系统功能性的加强，在用户中产生在单个计算机上并发地运行并且动态地切换多个操作系统的要求。

在其中包括诸如工厂的机械控制以及汽车导航系统中，强调响应外部环境的实时变化的实时响应能力，并且强调长期不间断运行的高可靠性。出于这些原因，许多这样的应用采纳对外部变化高响应的并在结构上紧致的和模块化的实时操作系统(实时OS)。然而，在强调实时响应性和可靠性的同时，实时OS趋于缺少面向人的接口的舒适性。

相反，安装在普通个人计算机(PC)上的商用操作系统(商用OS)具有用户友好接口特性，其典型地允许用户基于图象的操作。出于这个原因，日益希望在实时OS统治的应用中采用商用OS。然而，由于商用OS主要解决和人类操作员的交互式交换，商用OS强调吞吐量而不是中断响应性。即，在商用OS下，处理可以在相当长时间的中断下继续。商用OS在结构上不象实时OS那样紧凑，从而不那么可靠。从而，商用OS不适用于连续一整天的或其它持续的操作。

但是，若象大型机上运行多个虚拟机(即多个操作系统)的情况下那样在单个计算机上根据需要运行和切换商用OS和实时OS，有可能得到二种系统的好处：一方面是用户友好接口，另一方面是实时响应性和可靠性。在当今微处理机性能的增强下，单个计算机运行多个操作系统的模式不再是大型机独有的特点。

若考虑每个操作系统的相关，切换多个操作系统的最简单方式是使实时OS运行大部分时间并只在不存在实时OS任务时用商用OS替代。但是，不存在根据优先级把任一个单独的任务置于其它任务之上的简单方式(例如使实时OS任务在优先级上总高于商用OS任务)。

图27示出一个例子，表明难以根据优先级对任务进行简单分类。该图示出简化的汽车导航系统典型地假定由四个任务构成：(1)用于识别汽车的行驶位置的位置识别任务370；(2)用于寻找到达目的地的最短路线的路线搜索任务371；(3)用于处理来自系统的按钮和触屏控制的输入的接口任务372；以及(4)在休息停下期间启动的游戏任务373。位置识别任务以及路线搜索任务通常要求快速响应和高可靠性并且是由实时OS111运行的，而带有用户友好接口的商用OS110执行接口任务和游戏任务。但是，路线搜索通常需要执行大量的计算，在单次搜索可能要花费数秒的时间。若按上面说明的那样简单地分类任务，则在路线搜索计算期间必须暂停接口任务的处理，并且在该阶段期间不能识别用户反复施加的键输入。

图27中示出的汽车导航系统对接口任务分配了高优先级。当把该任务置于可执行状态下时，需要优先运行商用OS。然而，依据上面提到的常规技术(“用于虚拟机的执行优先级控制系统”中所使用)，假定所有虚拟机(即操作系统)具有相同的功能性。为了解决环境的改变，通常大多数实时OS比起它们的商用对手的优先级高得多。此外，在特殊情况下实时OS和商用OS可使它们的优先等级按互相相反的方向设置：对于实时OS，优先级值越小(接近“0”)优先级越高；对于商用OS，优先级值越大优先级越高。在该情况下，若二种操作系统中的每个向虚拟机监视器请求高于对方的优先级，该虚拟机监视器会难以确定优先启动哪一个操作系统。从而，上述的常规技术不能以一种统一的方式控制概念上功能不同的商用OS和实时OS。