基于Linux的窗口约束QoS实时系统的研究

摘要

实时系统具有及时响应、高可靠性、专用性、少人工干预等特征，最初应用于军事和工业控制领域。而随着计算机技术和互联网技术的高速发展，实时技术被越来越多地应用于实时网络传输、视频传输、多媒体处理等软实时系统中。这类实时系统既不同于硬性规定作业完成时限的硬实时系统，也不同于没有详细规定任务应满足何种约束的软实时系统。这些新的应用都有一定的服务质量(QoS)需求，既有实时性的需求，又有丢失率方面的需求。由于这些新的特点，传统静态硬实时系统和基于公平调度的通用操作系统已经无法满足这类实际应用的需要。同时窗口约束理论由于在描述QoS特性上具有概率约束无法比拟的优点，近年来得到了广大学者的研究和广泛关注。 基于上述背景，本文结合开源的Linux系统，通过在其上引入窗口约束描述的QoS机制，采用合适的调度机制来满足弱硬实时系统的需求，与此同时开展了以下的研究： 1)在研究基于窗口约束(m，k)模型的实时系统的基础上，给出了一种组合窗口约束(m，k)Λ的实时系统，并针对其给出了一种新的组合窗口约束的调度算法，该算法充分利用组合约束的特点，考虑本次调度对该窝口的可调度的影响来确定任务的优先级，并以此来提高任务的可调度性、减少组合窗口限制违例。仿真试验表明该算法在组合窗口约束的调度上，优于传统的独立比较两个约束确定优先级的调度算法； 2)结合组合窗口约束描述任务QoS更准确和便于调度算法设计的优点，同时针对标准Linux内核只提供三种调度策略：SCHED＿RR、SCHED＿FIFO、SCHED＿OTHER，它们是无法实现具有QoS要求的任务调度的缺陷。本文通过可加载模块的方法，修改schedule()的调度策略，给出了组合窗口约束调度在Linux内核上的具体实现框架。

目录

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论文说明：图表目录

声明

致谢

第一章绪论

1.1论文的研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.2.1实时调度模型、算法的研究现状

1.2.2保障任务实时性方面的研究现状

1.3本文的主要研究工作

1.4论文的结构

第二章含QoS机制的实时系统研究概述

2.1相关概念

2.1.1实时系统的相关概念

2.1.2QoS的相关概念

2.2实时系统模型

2.2.1硬实时系统模型

2.2.2含QoS机制实时系统的模型

2.3研究QoS机制实时系统的几项指标

2.4两种传统窗口约束调度算法

2.5含QoS机制Linux实时操作系统的实现方式

2.5.1实时内核改造方案

2.5.2调度机制方面的改进

2.6常用实时系统介绍

2.6.1常用软实时系统

2.6.2常用硬实时操作系统

2.7本章小结

第三章组合窗口约束调度

3.1组合窗口约束任务模型

3.1.1问题描述

3.1.2受(m，k)∧＜h，k＞限制的周期任务模型

3.1.3组合窗口约束与传统约束描述的比较

3.1.4可调度性分析

3.2组合窗口约束调度算法设计

3.2.1作业具备调度资格的条件

3.2.2独立比较两个约束，确定任务的优先级

3.2.3综合mi，hi，ki三者考虑任务的优先级

3.2.4组合窗口约束调度算法属性

3.3算法的仿真结果及分析

3.4本章小结

第四章组合窗口约束调度的实现

4.1标准Linux-2.4内核的调度分析

4.1.1标准Linux-2.4内核的调度机制

4.1.2标准Linux-2.4内核调度的实现原理

4.2窗口约束QoS机制实时系统的实现框架

4.2.1系统实现思路

4.2.2对标准内核中任务结构的改动。

4.2.3挑选优先级高的进程

4.2.4系统调用的实现

4.2.5可加载模块的实现

4.3本章小结

第五章总结与展望

5.1本文的工作总结

5.2未来工作展望

参考文献

个人简历