面向CPS節(jié)點操作系統(tǒng)的實時調度研究與設計.pdf

1、隨著計算(Computation)、通信(Communication)、控制(Control)等3C技術的迅猛發(fā)展，人類賴以生存的物理世界正朝著網絡化、信息化的方向發(fā)展，信息物理融合系統(tǒng)(CPS)已經成為全球信息技術和信息產業(yè)發(fā)展的新趨勢。CPS注重計算資源與物理資源的緊密結合與協(xié)調，需要實時動態(tài)和可靠地完成物理世界的感知、互聯和反饋等功能。其中，節(jié)點操作系統(tǒng)是CPS的核心部分，而調度作為節(jié)點操作系統(tǒng)的關鍵模塊，如何設計出滿足CPS屬性

2、要求的調度策略，對CPS現有的理論和技術提出了新的挑戰(zhàn)?；趯ΜF有節(jié)點操作系統(tǒng)的特點和調度機制的研究與分析，考慮到節(jié)點操作系統(tǒng)的實時性、動態(tài)性、開放性、可預測性和低開銷的特點，本文建立了一種層次式的調度框架，并設計了BWI-RIP調度策略，該策略能混合調度多種時間需求的任務，且不需要提前預知任務的相關信息，并能解決因共享資源等資源競爭問題。
　　本文首先基于節(jié)點操作系統(tǒng)的特點，對調度系統(tǒng)進行了建模，給出系統(tǒng)的相關定義、任務模型和資

3、源模型。其次本文在已有框架的基礎上進行深入研究，考慮在本系統(tǒng)中有多種時間需求任務的混合存在，建立一種層次式的調度框架，該框架底層的系統(tǒng)調度器基于EDF算法對服務器的集合進行調度，而每個服務器以一定的比率占用CPU時間，同時，服務器又調度一個任務集，為其提供資源服務。該框架能夠混合調度軟實時和硬實時任務，具有良好的可擴展性。然后根據CPS調度的特點，分析了現有靜態(tài)調度算法在混合調度多種類型的任務和訪問共享資源時存在的不足:需要提前預知任務

4、相關信息。再次，在框架的基礎上設計一種常量帶寬服務器(CBS)算法和優(yōu)先級繼承協(xié)議(PIP)相結合的帶寬繼承協(xié)議(BWI)，既能混合調度硬實時和軟實時任務，又解決了優(yōu)先級反轉等現象。同時又將BWI與資源隔離機制（RIP）相混合，解決了硬實時任務可能錯失時限的問題，并針對BWI和RIP的性質，進行了可調度性分析，從理論上得出此策略能夠確保系統(tǒng)的實時性。最后，通過仿真實驗對比，表明本文設計的混合調度策略基本滿足了設計目標和CPS節(jié)點操作系統(tǒng)