基于Linux实时调度策略的优化

哈尔滨理工大学硕士学位论文基于Linux实时调度策略的优化姓名：钟兆君申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：李岩20090301基于Linux实时调度策略的优化作者：钟兆君学位授予单位：哈尔滨理工大学相似文献(10条)1.学位论文李霞峰基于Linux的实时操作系统研究与实践2001伴随着信息家电的日益发展,嵌入式、实时操作系统(ERTOS)越来越受到人们的重视.基于国内ERTOS的发展远远落后于国外,作者展开了对ERTOS的研究.这偏毕业论文的主题就是基于Linux的实时操作系统研究.首先,该文根据在项目开发中的经历,探索一种研究与开发实时操作系统的有效途径.文中提出了三种方案;设计基于微内核的操作系统、开发基于VxWorks的实时系统的、开发基于Linux的实时操作系统.其次,该文在具体分析了采用第三种方案(开发基于Linux的实时操作系统)所需做的工作--即Linux的实时化.在比较了国外在Linux实时化方面的研究成果后,作者在分析Linux源代码的基础上提出了改进Linux实时性的方案:Linux调度的改进方案、Linux时钟的改进方案、Linux内存管理的改进方案.最后,为了反映使用这种方案的效果,作者对标准Linux和改进后的Linux的响应时间进行测量.2.期刊论文章勤.刘淑英基于Linux集群的分布式实时操作系统的设计-计算机工程与应用2004,40(12)文章针对Linux集群环境,以Linux通用操作系统为基础,提出了一种分布式实时操作系统的设计思路.以分布式实时操作系统的特殊性为线索,详细阐述了分布式实时操作系统中实时任务调度机制、实时进程间通信机制和实时网络通信机制的设计思路.3.学位论文王翔基于Linux和RTAI的实时操作系统的研究与改进2009在当今世界，有很多与时间因素相关的应用需求，其计算的正确性不仅仅取决于处理逻辑的正确与否，还取决于结果产生的时间，这种类型的任务被人们定义为实时任务。实时系统在这种需求下应运而生。目前，实时系统已经被广泛应用于军事和民用领域。实时操作系统是其中的核心，随着硬件性能的不断提高，实时应用不仅对操作系统的性能，而且对其他功能也提出了较高的要求，例如图形界面、网络通讯等要求。现在的商业化的实时操作系统种类繁多，但其缺点不是功能过于简单就是价格过于昂贵。在实时操作系统领域，缺少一个标准的、开放的、有广泛支持的、高效又廉价的实时操作系统，因此，很多机构开始进行通用操作系统的实时化的研究。br　　Linux操作系统因其具有开放源代码、广泛的硬件支持、稳定高效的内核、优秀齐备的开发工具链等等优点，使得它在实时化领域倍受关注。但是Linux是一个分时的通用操作系统，在任务调度方面采用的是公平原则，这样就限制了Linux的实时化应用，必须对其进行改进，以满足实时的要求。br　　本论文的主要研究内容和工作如下：br　　①研究了Linux2.6内核的任务调度相关的内核结构，调度原理，分析了重要的调度函数，分析了Linux操作系统在实时应用上的优势和局限性；br　　②研究了RTAI的系统结构，调度原理，分析了RTAI所采用的调度算法RM和EDF，在分析的基础上指出了EDF算法的缺陷和RTAI任务组织的不足；br　　③提出了将LLF调度算法和O(1)调度算法引入RTAI，并在分析的基础上给出了相应的实现形式，并构建了一套实时的Linux操作系统；br　　④在分析了实时操作系统的测试标准的基础上，对改进后的RTAI进行了功能测试和性能测试，并对结果进行了分析。br　　综上所述，本文针对RTAI实时调度的EDF调度算法和任务的组织形式的缺陷，进行了改进并给出了相应的实现方式，成功解决了调度器在高负载情况下大量任务得不到处理的情况。最后构造了一个基于Linux和RTAI的实时操作系统。经过理论分析和实验结果证明：相关改进是正确、有效的，扩展后的RTAI能够依照所设定的调度算法对实时任务进行正确调度，RTAI的实时性能也得到了提升。4.期刊论文蔡俊良.孙晓民一种基于Linux的车用实时操作系统-清华大学学报(自然科学版)2004,44(1)为了提供一个开放、自主、实用的汽车电子软件开发平台,在结合OSEK(汽车电子的开放式系统及接口)规范和Linux操作系统的基础上设计了车用实时操作系统OSEKLinux.OSEK规范定义的小型实时操作系统与Linux差别较大,OSEKLinux基于Linux通过采用实时策略、重写任务调度算法、增加OSEK适配层、为用户提供OSEK编程环境来达到兼容OSEK规范.OSEKLinux按照功能的不同被设计成两类:无文件系统基本型和带文件系统增强型.OSEKLinux的设计在PC机上基于RTLinux和Redhat7.1平台已经得到了实现和验证.5.学位论文姚琨基于Linux的实时操作系统调度策略的研究2007实时系统主要面向现实世界中与时间因素相关的应用需求，它所关注的不仅仅是计算结果在逻辑上的正确性，而且还有输出结果时间的及时性，目前，实时系统已经广泛应用在军事和民用领域。实时操作系统是其中的核心，随着硬件性能的提高，实时应用不仅对操作系统的性能，而且对其功能也提出了越来越高的要求，例如图形界面、网络功能等。现有商业RTOS不是功能过于简单就是价格过于昂贵，缺少一个开放的、标准的、有广泛支持的、高效而又廉价的实时操作系统，因此很多机构开始研究将功能强大的通用操作系统改造成实时操作系统。Linux具有功能强大、开放源码、支持多种硬件平台、模块化设计、函数接口符合国际和工业标准等特点，自然成为进行实时化的首选。Linux本身是一个分时系统，它在实时应用上有很大的局限性，特别是在实时调度策略上的单一性，因此本文提出了二级调度策略的设计思想以及基本框架，设计了RM调度器和EDF调度器，然后通过对RTAI的改进，实现了基于二级调度策略的调度器。论文主要内容如下：①研究实时系统调度策略和实时操作系统的基本理论知识，分析了Linux操作系统在实时应用上的优势和局限性；②在对现有Linux实时调度器进行分析对比之后，提出了对RTAI的改进，并提出了二级调度策略的基本思想和调度框架，设计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实现了基于二级调度策略的调度器，并对RM算法和EDF算法进行了优化，更好地解决了偶发性任务，瞬间过载，优先级翻转等问题；④在分析了实时操作系统的测试标准基础上，对改进后的RTAI进行了功能测试和调度时延测试，并对结果进行分析。综上，本文针对Linux实时调度策略单一的缺陷，提出了一种二级调度策略的基本思想，使多种调度策略都能得到支持，相对于只对单种调度策略提供支持的方案，拓展了系统的可使用范围。理论分析和实验结果表明：相关策略是正确、有效的，扩展后的RTAI能够依照所设定的算法对实时任务进行正确调度，并增强了RTAI的实时性能。6.学位论文李小群RFRTOS：一个基于Linux的实时操作系统2002为满足国内工控、嵌入式、多媒体等领域的需要,我们基于红旗Linux开发了RFRTOS实时操作系统.在该系统中,作者主要承担了如下三方面的工作：Linux的时钟粒度很粗糙（10ms）,难以满足实时应用的需求.RFRTOS改变了标准Linux时钟中断的固定频率模式,通过重新设定使得时钟得以微秒（μS）为单位在任何需要的时候产生中断,并提供了标准Linux核心时钟并行运行的一个细粒度的实时核心时钟处理系统.对于SMP的支持,我们设计并实现了由用户指定CPU的实时多处理器静态调度算法;CPU预留资源的主要变化是在系统初始化时,为每个CPU创建一个强制定时器.另外,在RFRTOS中,为了改进标准Linux核心不可抢占性和防止优先级反转,我们通过中断处理线程化、互斥锁机制的改进、每次中断返回都判断是否需要重新调度等方式实现了可抢占核心和对PIP协议的支持.目前,RFRTOS已经通过测试,并作为产品投入市场销售.7.期刊论文须文波.张星烨.欧爱辉.XUWen-bo.ZHANGXing-ye.OAi-hui基于RTAI-Linux的实时操作系统的分析与研究-现代计算机（专业版）2003(5)本文讨论了实时操作系统的特性,分析了Linux作为实时操作系统的不足之处,深入剖析了RTAI增强Linux实时性的基本思想以及RTAI的设计与实现原理.8.学位论文孟贤嵌入式Linux实时操作系统研究与开发2005Linux系统本身是一个面向桌面的系统,所以其实时性能并不出色.但可以对Linux进行实时性的改造,以满足不同的实时需要.这方面著名的有RTLinux、RTAI、KurtLinux等.其中RTAI是一个在GNU通用公共许可证(GNUGeneralPublicLicense)下发行的硬实时操作系统补丁.本文介绍了嵌入式实时操作系统的概念和发展状况,Linux的实时性能,对实时应用程序接口——RTAI的内核结构进行了分析.并参考RTAI设计,开发和实现了基于uCLinux且具有自主知识产权的实时操作系统ZD-RTOS.9.期刊论文须文波.张星烨.欧爱辉基于RTAI-Linux的实时操作系统的分析与研究-山东电子2003(2)本文讨论了实时操作系统的特性,分析了Linux作为实时操作系统的不足之处,深入剖析了RTAI增强Linux实时性的基本思想以及RTAI的设计与实现原理.10.学位论文王银辉一种改进的细化Linux时钟粒度的方法研究2005实时操作系统是近年来研究的一个热点，与常见的通用操作系统相比，实时操作系统的特点在于系统的正确性不仅依赖于逻辑的正确性，还取决于输出结果的及时性。目前的实时操作系统广泛应用于国防、工业自动控制、通信等领域。现在的应用对时间提出了更高的要求，需要有能够满足实时性的操作系统作为应用的支撑。随着开源项目的兴起，作为其典型代表的Linux得到了迅速普及和发展。由于全世界各地的Linux用户和开发者的不断努力，Linux已成长为稳定的、性能优异的操作系统。但Linux只是作为一个通用分时操作系统而开发的，其设计目标追求的是公平性和系统吞吐量，和实时系统的目标存在巨大差距。由于Linux自身的特点，基于Linux开发一个开放的、标准的、高效廉价的实时操作系统是完全可行的，如何增强Linux的实时性是目前实时操作系统研究的一个重点。自Linux2.6内核2003年底发布以来，已经被大量测试和实际应用证明其是一个高效稳定的内核。相比2.4内核，2.6采用了一些新技术使得实时性有了很大提高，如可抢占式内核、新的调度算法等。尽管实时操作系统的开发者可以从这些改变中受益，Linux2.6仍然不是一个实时内核。然而，这些以及其他相关的背景工作使得将Linux转变为RTOS成为可能。因此需要对Linux2.6内核进行实时化改造，进一步提高实时性。从得到Linux2.6内核及发型版本Fedora后，经过几个月深入的分析，最后决定从Linux的时钟系统着手，通过分析找出其在实时性方面的不足，加以改进，提高系统的反应时间，达到实时化的目的。在上述研究结果的基础上通过对原时钟系统的修改，本文实现了一个具有较高软实时性的Linux内核，其中重点是实现了一个与原时钟系统共存的精密时钟系统，以支持具有强实时要求的应用。修改后的内核在PC机上长时间运行过程中始终能够及时响应时间精度为微秒的应用，取得了良好的效果。本文给出了完整的修改Linux内核时钟系统的方法。涵盖了常见的Linux实时化对时钟的处理过程，同时提出了采用双时钟系统以提高Linux实时性。对Linux实时化有着一定的借鉴意义。在修改Linux时钟系统的过程中，主要在以下三个方面进行了研究：(1)轻量级时钟中断；(2)多模式时钟中断；(3)精密的时钟系统。最后给出了实验结果及针对本文的不足而尚待努力的方向。本文链接：授权使用：菏泽学院