[发明专利]一种星载安全关键软件分布式多任务自组织调度方法

说明书

一种星载安全关键软件分布式多任务自组织调度方法，在经典分布式调度算法基础上，针对星载系统这类安全关键度相对较高的系统需求，以及任务动态变化的特点，通过建立扩展型加权有向无环图模型，实现安全关键任务的多点映射，同时采用空闲槽段插入以及关联任务调度时间重分配等方式，在维持当前任务多节点分配状态不变的情况下，将动态变换的任务合理分配到对应运算节点上，既保证安全关键任务的可靠性运行，同时在确保原有任务的运行状态不受影响的基础上，确保新增任务的实时运行。

技术领域

本发明属于星载任务调度领域，涉及一种面向星载复杂分布式系统的、安全关键软件多任务的调度方法。

背景技术

随着航天器空间应用任务的复杂度不断提升以及计算能力的拓展，航天器计算信息系统正在朝着分布式综合方向发展。国外有代表性的航天器综合电子系统包括美国Astrium公司的通信卫星平台Alphabus、美国“猎户座”飞船电子系统、ESA正在研发的空间综合电子开放接口体系架构(SAVOIR)。在此架构基础上，航天器空间应用功能所对应的软件将不再固化在特定的终端，而是以任务的形式，由星载操作系统统计调度和分配到计算节点运行。任务分配与调度机制，作为星载操作系统的标准服务之一，主要研究如何根据任务需求、系统构成以及系统状态等，将需要执行的任务合理地分配到恰当的计算节点上，从而到达整个卫星系统的任务计算速度、系统可靠性以及综合能耗等指标的最优化。

任务调度问题是分布式计算领域中的基本问题，根据被调度的任务之间是否存在相关依赖关系，任务调度可分为独立的任务调度和相关的任务调度。其中相关的任务是由一组既有前后数据传递约束关系，又有并行关系的多个任务组成。一般用加权的有向无环图(Directed Acyclic Graph，DAG)来模型化定义这个问题，目前很多关于DAG任务调度方法已被提出，所采用的调度技术、解决问题的角度各有不同，简要概括如下：

(1)先进先出的任务调度算法

将任务到达的顺序作为任务调度的顺序，分配运行计算速度最快的计算资源给当前的任务。该算法思路清晰，调度也很容易，但是没有充分考虑任务和计算资源的优先级，不具备并行性，当任务量较大的时候，执行时间会很长，复杂度也会迅速增加。

(2)Min-Min任务调度算法

Min-Min任务调度算法是一种快速的任务调度策略，其基本思想是：优先将小任务分配到执行时间最短的资源上，追求单个任务时间最短。算法运行过程是：将子任务与各资源进行一一映射并计算出完成时间，从中找出每个子任务最早完成时间及对应资源；再从中找出最小最早完成时间的任务进行分配，任务完成后将其从任务集合中删除。重复此过程，直到任务集为空。该算法以时间为单一权重，能够保证任务执行时间最短，但是也导致小任务或处理能力强的资源一直处于工作状态，而其他任务或资源长时间空闲。

(3)Max-Min任务调度算法

Max-Min任务调度算法主要针对是长任务，先调度长任务到执行时间最短的资源上，该算法在任务执行时间差异较大时，具有较好的负载均衡性能，其调度流程与Min-Min任务调度算法基本相似，因此存在的问题也类似。

(4)DSH任务调度算法

DSH(Duplication Scheduling Heuristic)算法是基于任务复制调度算法。该算法描述是：每个计算资源上处理一个当前的计算任务，当该任务计算结束到下一个任务开始时存在时间空隙，不断复制任务前驱到这个时间间隔里面，直到不能再被复制为止。该算法的时间和空间的消耗都是相对较高的，实际中应用存在难度。