[发明专利]基于模糊重要性和空闲时间的嵌入式实时任务调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机领域，具体地说是涉及基于模糊重要性和空闲时间的嵌入式实时任务调度方法。

背景技术

嵌入式实时系统是目前计算机领域最重要的应用和研究方向，如何合理地进行任务调度是整个嵌入式应用系统的关键。嵌入式实时系统的主要特点为：1、系统中的任务一般均为周期任务，即任务在固定的时间间隔重复执行；2、任务的调度机制通常基于优先级驱动，即优先级高的任务最先得到运行；3、每一周期任务往往对应一截止期限，系统应尽可能满足重要任务在截止期限到来之前完成。

由于很多嵌入式实时系统处于无人值守的环境，运行系统主要由确定的周期任务组成。所谓周期任务，指任务每隔一段时间重新启动或就绪。一个具有截止期限的周期任务τ_i可简单描述如下：

τ_i＝(S_i，R_i，C_i，D_i，T_i)，0＜C_i≤D_i，0＜T_i，0≤S_i

其中，S_i为任务的到达时间；R_i为任务有资格参与竞争计算机处理器的初始就绪时间，一般而言，S_i＝R_i；C_i为任务的执行时间，通常以最坏情形下的估计执行时间代替；D_i为任务的相对截止期限；T_i为任务的周期。

对于周期任务τ_i的第k次执行(k≥1)，其重新就绪的时间为R_i+(k-1)*T_i，截止期限为R_i+(k-1)*T_i+D_i。周期任务的一次执行称为该周期任务的一个实例或一次执行请求。

一个周期任务的处理器利用率定义为U_i＝C_i/T_i，一个周期任务集中所有任务的处理器利用率之和为该周期任务集的处理器利用率。

为了尽可能地保证重要任务不错过截止期限，嵌入式实时系统的任务调度一般采用优先级驱动的方式。每一个有资格参与调度的任务都对应一个惟一的调度优先级别，调度发生时，总是选取调度优先级别最高的任务投入运行。因此，如何合理确定嵌入式实时系统中各任务的优先级成为影响整个嵌入式系统性能的关键。

对于如何确定嵌入式实时系统中任务的最终调度优先级，通常有静态与动态两种方式。在静态方式中，任务的最终调度优先级是由任务的静态特征(如任务的关键度、周期长短)确定的；而动态方式是根据任务的动态特征决定的，如根据任务的截止期限距离或空闲时间确定其最终的调度优先级。

在嵌入式实时系统中，空闲时间优先调度方法是较常用的一种动态优先级调度方法。该调度方法是结合任务执行的缓急程度给任务分配优先级的一种动态调度方法。一个任务的空闲时间定义为从当前时刻至其截止期限的时间距离与其剩余尚未执行时间之间的差值。

在调度时刻，任务的优先级根据任务的空闲时间动态分配。空闲时间越短，任务的优先级越高。使用该调度方法能充分利用处理机，在理想条件下，只要任务集的处理器利用率小于1，这些任务均可顺利得到调度，不会错过截止期限。

但传统的空闲时间优先调度方法存在以下一些不足：

1)空闲时间优先算法仅考虑任务在某一时刻的时间裕度，当系统的负载小于1时，所有任务均能满足截止期限而且能充分利用处理器。但当任务负载较重时，必然有任务会错过截止期限，这时应尽量保证关键任务不错过截止期限。

2)空闲时间优先调度方法是基于任务空闲时间的精确取值，而实际上，由于系统运行环境(如网络通信应用环境)的不稳定性和计时的不准确性等因素，取得任务真正的准确的空闲时间较困难，也不太符合运行环境的实际情况，因此不太适合用精确值描述。任务的空闲时间更适宜使用“很近”、“很远”等模糊概念描述。另外，任务的重要性和最终的调度优先级往往取决于多种因素的人为估计，也更适合使用诸如“很重要”，“一般”，“不重要”等模糊概念进行描述。

发明内容

本发明为解决传统的空闲时间优先调度方法的不足而提出了一种基于模糊重要性和空闲时间的嵌入式实时任务调度方法，该方法把任务的空闲时间与重要性进行模糊化，系统任务的调度采用模糊空闲时间与模糊重要性相结合的方法进行，当系统负载较高时，能尽量保证重要任务不错过截止期限。

本发明的技术方案如下：