基于Linux内核的实时调度机制的研究和实现

摘要

实时操作系统在当前的各个领域得到广泛应用，越来越引起人们的重视。Linux操作系统的源代码开放、内核模块化设计及内核的高度可裁减性使其在嵌入式实时操作系统研究领域备受重视。但其面向通用多任务分时系统的设计思想限制了Linux在实时运算中的应用，必须进行有效的实时扩展，以符合嵌入式系统对操作系统实时性能的要求。 本文基于Linux2.6.11内核，介绍了进程调度的相关概念，重点分析了2.6版本内核的调度算法和调度策略，并总结了其在嵌入式实时应用中的改进和不足。针对Linux实时调度策略单一的缺陷，提出了在实时系统中支持多种调度策略以及任务类型的面向应用调度机制的方案。主要工作为： 1.给出了该调度机制的基本思想及总体框架，通过把调度过程分为两个阶段，将调度器的筛选和具体的调度分开来，使多种调度策略都得到支持。相对于只对一种调度策略提供支持的方案，拓展了系统的可使用范围。 2.在分析几种流行的实时Linux方案之后，引入RTAI作为实现面向应用调度机制的平台，设计了调度机制实现的数据结构和函数接口，并实现了RM调度器和EDF调度器，使RTAI提供对单调速率算法和最早时限优先算法的支持。 3.搭建了实验平台，对标准Linux和RTAI进行了中断延迟时间测试和上下文切换时间测试，并对实验结果进行比较，最后对面向应用的调度机制进行了测试验证，检验了其正确性。 本文所提出的面向应用的调度机制，既增强了标准Linux内核的实时性，又为各种不同的实时任务环境提供了一种通用解决方案，对Linux在各种嵌入式实时应用具用十分重要的意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1 选题背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 几种流行的实时Linux方案

1.2.2 实时Linux改造方法研究现状

1.2.3 Linux多策略调度的研究现状

1.3 论文的研究内容

第2章 Linux 2.6内核进程调度的实时性分析

2.1.进程调度概述

2.1.1 进程的概念

2.1.2 进程的特点

2.1.3 进程的状态

2.1.4 进程控制块

2.2 Linux2.6内核调度机制

2.2.1 调度过程简述

2.2.2 调度算法研究

2.2.3 调度策略研究

2.3 Linux2.6内核的实时性总结

2.3.1 实时性方面的改进

2.3.2 实时性方面的不足

2.4 本章小结

第3章 实时系统的调度策略研究

3.1 实时系统的相关理论

3.1.1 实时系统的概念

3.1.2 实时系统的主要性能指标

3.1.3 实时任务的分类

3.2 实时调度策略研究

3.2.1 基于优先级的调度策略

3.2.2 基于比例共享的调度策略

3.2.3 基于时间驱动的调度策略

3.3 两种典型的实时调度算法研究

3.3.1 RM调度算法

3.3.2 EDF调度算法

3.4 本章小结

第4章 面向应用的调度机制设计与实现

4.1 模型设计

4.1.1 设计思想

4.1.2 设计目标

4.1.3 设计框架

4.2 实现平台的选择

4.2.1 平台选择的依据

4.2.2 实现平台的评价

4.3 RTAI调度分析

4.4 面向应用调度机制的实现

4.5 应用调度器的实现

4.5.1 RM调度器的设计

4.5.2 EDF调度器的设计

4.5.3 调度器共存的解决

4.6 面向应用调度机制的分析

4.7 本章小结

第5章 实验验证与分析

5.1 动态可加载模块

5.2 测试标准

5.3 验证设置

5.3.1 验证环境

5.3.2 测试工具配置

5.4 中断延迟时间测试

5.4.1 测试步骤

5.4.2 测试结果分析

5.5 上下文切换时间测试

5.6 面向应用调度机制测试

5.6.1 验证方案

5.6.2 测试结果分析

5.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢