[发明专利]一种基于加速因子的多核实时系统任务划分方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种任务划分方法，针对的是运行在多核平台上的实时系统，属于实时多核/多处理器系统任务调度领域。

背景技术

伴随着航空电子、箭载、星载系统在综合化计算技术的发展过程中对计算能力需求的提高，与这些系统相关的嵌入式实时计算系统日趋复杂，需要同时处理的任务数大为增长。目前在实际系统设计规划中提出了一种满足这种需求的方法，即采用多核处理器替代现有的单核/单处理器来提高这些硬实时系统的性能，但随之引发一些基础性和一般性问题亟待解决，其中一个很重要的问题就是现有系统中面向单处理器的实时调度算法如何映射到多处理单元环境中，并且在提高性能的同时保证计算的正确性和实时性。

从实时系统软件的发展来看，目前比较成熟的实时调度模型大都针对单核环境，如经典的RMS、DMS、EDF、LST等。而在多处理单元环境中，任务的调度变得更加复杂，需要综合考虑效率、公平、负载均衡等相关因素。近些年来针对多核/多处理器的实时调度研究也得到了广泛的重视，并成为了目前学术界研究的热点问题之一。多处理器任务调度目前主要有两种方法:划分方案和全局方案。在全局调度方案方法中，实时任务的每一次出现都在不同的处理器上执行，所有处理器上只运行同一种调度算法。任务在未执行完之前可以被抢占并且可以在不同的处理器间迁移在划分调度方案中，一个任务的所有出现都在同一处理器上执行，全部任务由任务分配算法预先划分到处理器;每一个处理器可以运行不同或者相同的单处理器任务调度算法。但是针对划分方案，调度器的职责不再像以前只执行任务调度。除了按照某些特定的调度算法将处理单元在不同的任务之间进行切换，调度器还必须在任务调度之前完成任务集在多个处理单元上的划分。

弹簧算法：Buttazzo等利用弹簧伸缩的原理把任务集合中的任务看成是串联的弹簧，每个任务都通过一个称之为弹性系数的参数来控制其周期的改变，从而达到调节其利用率的目的。

发明内容

本发明针对多核实时系统给出了一种基于加速因子的任务划分方法。

通常由于系统的资源有限，运行于同一计算系统的相关任务经常发生资源的竞争和共享，任务的执行并不是完全的相互独立。比如任意两个或多个任务在同一处理器或共享Cache的处理器组上执行时，彼此之间会由于数据的相关性而带来不同程度的相互影响，可以称之为“群组效应”。这种影响体现在执行速度上既可以是促进，也可以是抑制，这种影响效果取决于任务本身的特性和调度算法。某些情况下由于任务之间数据相关性好，先执行的任务恰好把后续任务所需的数据调入到高速缓存，从而减少了Cache不命中和替换的次数，使得执行速度加快；而抑制效果则可能是由于先后执行的任务之间数据相关性差，顺序执行时需要频繁地对Cache行写回、替换操作，从而使执行速度降低。相对传统的单核/单处理器计算环境，多处理单元的计算平台更加具有灵活性，可以根据任务的“群组效应”将任务集合进行划分，然后在各个处理器核上单独调度执行。

以下将引入相关定义和模型进行阐述。

MAMORTS任务模型：在一个实时系统多处理器多核平台中，定义P={p1,p2,p3,……,pm}(m>1)为一个具有m个结构相同的处理器芯片集合，构成SMP结构。CPU通过高速通信接口互连，处理器之间的通信开销忽略不计。集合中的单个处理器芯片pi={q_i1,q_i2,……,q_in}(n>1,1≤i≤n)为同构处理器核心构成的集合，q_ij（1≤i≤m,1≤j≤n）为基于SMT或者CMP架构的多线程/多核处理器核。

定义系统中具有实时任务集合Ψ={Ψ₁,Ψ₂，……，Ψ_k}（k≤m*n），Ψ₁到Ψ_k为Ψ中的子任务集，被分配到不同的处理器核q_ij上执行。在任何一个处理器q_ij上所运行的子任务集Ψ_t={τ₁，τ₂，τ₃…τ_l}（l>0,1≤t≤k）,均满足如下的约束条件：

（C1）所有的任务请求都是周期性的，具有硬时限要求，即必须在限定的时限内完成；

（C2）任务的时限要求仅限于任务必须在该任务的下一个请求发生之前完成；