linux系统提高进程实时性的调度策略研究.pdf

安徽大学硕士论文 摘要 摘 要 现今，信息技术高度发达，伴随经济工业对计算机智能控制要求的不断提高， 嵌入式系统的应用需求越来越大，尤其在经济工业各个重要领域都要求使用时间 控制严格的实时系统。虽然市场上已经有许多实时操作系统广泛应用于通信，航 空等高精度技术领域，可是这些实时操作系统都是从国外引进，价格昂贵，技术 核心也无法被我国自己掌握，而Linux 系统的出现改变了这种现状。 Linux 作为一个免费的，开放源代码、协作开发的操作系统，它允许每个用 户根据自己的实际需要对它本身的内核进行修改以及裁减。人们也越来越多的将 Linux 用到嵌入式实时系统中去。然而正如我们所知，Linux 并不是一个真正的 实时系统，它本身只是一个分时系统，在实时性方面存在较大的不足，这对于实 时性要求很高的实时系统来说，是个需要解决的问题。因此，改善Linux 的实时 缺陷，提高Linux 的实时性能成为人们热衷的研究题目。 本文以Linux 内核2.6 为基础，先对Linux 内核进行了分析，描述了其中的 核心结构和几个重要的与进程调度相关的管理模块。然后针对Linux 实时性提高 的问题展开了讨论。Linux 内核2.6 相对以前的内核版，在实时性方面做了较大 的改善。在 Linux2.6 内核中添加了新的 O(1)调度器，并且增加可运行队列 runqueue ，把就绪队列变成active 活动队列和expired 过期队列两个队列，改进进 程的数据结构task_struct ，优化了优先级和时间片的计算方法，将进程的操作时 间复杂度从以前的O(n) 降低到O(1) 。保证了调度时间的确定性，提高了调度的 实时性。然而Linux 内核2.6 调度策略的实时性仍然存在缺陷，仍然需要对它的 实时性进行改造和提高。 因此本文针对Linux 进程实时性不强的问题，提出了一种多调度策略的调度 器模型。在此模型中，先用分类器把进程分成三种类别：硬实时进程，软实时进 程和非实时进程，然后通过调度策略选择器根据进程类别的不同选择不同的调度 策略。我们将这三类进程分别设置级别为0，1，2 ，根据级别不同，修改各类进 程时间片；按照进程级别的不同，硬实时进程选择 LLF 调度算法，软实时进程 时间要求相对宽松，选择RM 调度算法。非实时进程因为不受实时性的影响，所 以仍然采用Linux 内核中的SCHED_NORMAL 调度算法。 I 安徽大学硕士论文 摘要 最后本文用测试工具Linux Trace Toolkit 进行Linux 系统的实时性能测试， 从进程平均响应时间和上下文切换时间两个方面分析实时性能。测试表明提出的 多调度策略调度器确实提高了进程实时性，达到了本文提高进程实时性的目的。 关键词：Linux 内核2.6 ，实时性，进程调度，O(1)调度器，RM 调度算法，LLF 调度算法 II 安徽大学硕士论文 Abstract Abstract Today,information technology is very high,with the more demand of the economic industry to computer intelligent control,the request of embedded system application is bigger and bigger,especially,in the important area