[发明专利]三维调度器模型的调度方法

摘要

本发明公开了一种三维调度器模型的调度方法，对各种类型的实时任务的时间确定性、安全性、可靠性进行分析之后，将各类实时任务模型转换为统一的三维立体层次关系模型，再根据任务所在的层次进行调度策略的调整，最后将其映射到与核对应的二维时空图中。该策略不仅要考虑负载均衡以提升多核的并行执行效率而且要能满足任务执行过程中的实时性、可靠性和安全性需求。此外，该模型和算法还对各种实时任务的共享资源同步机制进行研究，研究出一种新的共享资源管理方案，以减少死锁的发生和防止出现CPU饥饿现象。

主权项

1.三维调度器模型的调度方法，其特征在于，三维调度器模型采用三维坐标空间(x，y，z)，其中x轴代表实时周期任务的job执行完毕所需要的时间，y轴代表实时周期任务的job开始执行的时间值，z轴代表实时周期任务可能被分配到的CPU号，具体包括Sporadic任务模型，PPTT模型、混合关键任务模型，Sporadic任务模型，PPTT模型、混合关键任务模型通过实时周期任务模型节点组合在一起，该模型具有如下特征：a.每个周期任务都是一个三元组τi＝(Φi，Ei，Di)，其中，Φi是任务到达时刻，Ei表示最差执行时间WCET，Di表示任务时限；b.每个周期任务τi都包含一个无限的作业(job)，而τik表示τi的第k次作业，rik和dik分别表示τik的发布时刻和第k次作业的绝对时限时间；c.U(τ_i)＝E_i/D_i表示τ_i任务的利用率因子，于是对于一个周期任务，系统的总利用率为设σ为任务最大可达利用率，σ＝max{U(τ_i)}，显然σ∈(0，1]；Sporadic实时周期任务模型所采用的调度算法为：定理A给定由n个周期任务组成的集合，τ＝{τ1，τ2…，τn}，其中τi＝(Ei，Di)，利用时限驱动DD算法是可以调度的充分必要条件是定理B互补的周期任务在同一个处理器核上一定是可调度的，并且该处理器核的利用率为1；定理C设在一个核上分配了k个周期任务，且这k个周期任务满足提出的假设条件，如果这k个周期任务处理器核总利用率小于等于1，则必定存在一个时间段[0，T]，其中T为k个周期任务时限的最小公倍数；如果k个任务在这个时间段内可被调度，则这k个任务在系统上一定可以被调度；S11、对于输入的一个周期任务集判断其是否为超满利用率系统，如果是，则输出不可调用；否则，执行第二步；S12、根据任务利用率，将任务集划分为两大子集合——高利用率集合S^H和低利用率集合S^L，其中这里i，j都为正整数；S13、从对应的SH集合中选择利用率最高的M‑1个任务τ1，τ2…τM‑1分别分配到M‑1个核上，然后从SL集合中选择与τ1，τ2…τM‑1互补或近似互补的任务集合s1，s2…sM‑1相应地分别分配到M‑1个核的队列当中；如果SH集合中的任务少于M‑1，则在SL集合中找出互补的或近似互补的任务组分别分配到剩余的核当中；S14、根据定理B和定理C可以知道在M‑1个核上运用定理A的DD调度算法将各自的调度队列中的任务进行调度；S15、定理D对于任何一个Sporadic任务τ′＝(Φ′，E′，D′)其中Φ′为其到达的时刻、E′为其必须执行的时间单元，D′为该Sporadic任务的时限，令Δ＝D′‑Φ′，则该Sporadic任务在Δ间隔内可以被调度的充分必要条件是Space(Δ)≥E′，根据定理D计算Sporadic任务τ′＝(Φ′，E′，D′)从到达时刻到其死限这段时间Δ内的M‑1个核剩余可利用空间Spacei(Δ)，i＝1，2，…，M‑1，如果该Sporadic任务的执行时间Spacei(Δ)≥E′则可以将它分配到第i个核上，如果都不能满足，则该任务无法被调度；PPTT模型采用处理器预分配算法，具体步骤为：假设处理器核的个数为m，处理器预分配算法可描述如下：S21、首先对任务系统中n个ST树分别生成相应的扩展图，并将每个扩展图中的第一个作业放入就绪队列中，根据优先级判定，选择m个高优先级的作业分配到m个核上去执行，如果作业个数n小于m个，则选择n个核来执行；S22、当一个作业执行完毕之后，将其后斜对角线上的可并行执行的作业放入就绪队列中，计算当前核上每个任务的作业所执行的时间值，如果则表明该作业已执行完毕，此时在所对应的任务扩展图和就绪队列中将其删除，如果说明该作业没有执行完毕，则更改该作业需要执行的时间片为并把该作业重新放到就绪队列中等待和其他作业一起调度；S23、重新计算就绪队列中的每个任务的优先级，选取m个任务分别分配到m个核上运行，如果作业数n小于m，则选择n个核去执行；S24、重复步骤S22、S23，直到所有的作业都能分配到核上去执行；混合关键任务模型，包括job模型、task模型以及系统模型，其采用的基于关键因子的调度算法如下：S31、定理E假设在同一个核上进行调度，且不考虑上下文切换和中断的额外开销的情况下，某种调度方案对于同时刻到达的任务集，作业Ji可以被调度成功的充分必要条件是该作业的周期应大于或等于其前面已经执行过的任务的执行时间与该任务需要执行的时间值之和，计算不同级别下每个job的关键因子，根据关键因子的大小进行优先级排序，并根据定理E判定是否可以在同一个核上调度；S32、检查是否有关键级别转化，如果有则根据已经转化的当前级别计算每个job的关键因子，决定新的优先级顺序，并与转化前的优先级顺序相比较，记录那些优先级推后的job，以及该job优先级未推后时后面的job顺序；S33、针对优先级未推后的job其后作业的调度顺序，根据定理E判定这些job是否能够在同一个核上调度，如果可以，根据这些job的释放时间和各个级别下的最坏执行时间计算最早执行窗口Wie和最迟执行时间窗口Wil，并求出他们的公共空闲时间窗口，利用公共空闲时间窗口来调度推后的job，如果不可以，则只能另外分配处理器核；S34、如果没有关键级别转化，或者关键级别转化后没有优先级推后的job，则继续按照该调度顺序执行。