基于Linux的实时调度机制的研究

基于 Linux 的实时调度机制的研究

( 中南大学 信息科学与工程学院, 湖南 长沙 410083)
田 杰 , 胡志刚
摘 要: 针对当前嵌入式 Linux 系统调度策略都比较单调, 可扩展性不高, 文章提出在 Linux 内核的调度机制中增加
面向应用调度框架的方法。为了提高嵌入式 Linux 的实时性, 文章借鉴了 RT- Linux 软中断模拟的思想, 并且借鉴了
提高内核可抢占性方法。
关键词: 嵌入式 Linux; 实时; 进程调度; 面向应用调度框架
中图分类号: TP316.2 文献标识码: A 文章编号: 1006- 8937(2006)04- 0025- 03
Resear ch of r eal- time dispatching mechanism based on Linux
TIAN Jie , HU Zhi- gang
（ College of Information Science and Engineering,Central South University,Changsha,Hunan 410083,China）
Abstr act:Aiming at such characteristic of current embedded Linux systems as monotonous dispatching and
poor scalability,an application oriented dispatching framework is presented and integrated to Linux kernel.
Furthermore a method is proposed to improve the kernel preemption of the embedded Linux system.And
part of RT- Linux functions are designed and realized.
Keywor ds: embedded Linux;real- time;process dispatching;application oriented dispatching framework
嵌 入 式 系 统 的 迅 速 发 展 , 给 Linux 操 作 系 统 提
供 了 极 其 广 阔 的 发 展 空 间 和 应 用 前 景 。 但 由 于
Linux 内 核 调 度 策 略 基 本 上 仿 照 Unix 而 来
[1]
, 将 它
应 用 于 嵌 入 式 实 时 环 境 有 很 大 的 缺 陷 , 为 了 修 改 这
些 缺 陷 使 之 更 适 合 于 完 成 实 时 任 务 , 产 生 了 多 种 不
同 的 嵌 入 式 Linux 系 统 , 例 如 : RT- Linux
[1]
和 RTAI
[2]
等 等 。 可 是 这 两 种 通 过 修 改 linux/arch /i386 / 下 与 体
系 结 构 相 关 部 分 的 代 码 来 增 强 内 核 实 时 性 的 方 案
不 利 于 系 统 开 发 人 员 根 据 具 体 应 用 重 新 配 置 内 核
和 对 内 核 升 级 , 而 且 修 改 后 的 系 统 也 不 能 使 用 原
Linux 内 核 的 服 务 程 序 。 文 献 [3 ] 中 的 KURT- Linux
项 目 通 过 对 Linux 核 心 进 行 改 造 来 增 强 实 时 性 。
KURT 引 入 了 两 种 操 作 模 式 : 一 般 模 式 和 实 时 模 式 ,
在 一 般 模 式 中 , 核 心 只 调 度 非 实 时 任 务 , 当 核 心 运
行 在 实 时 模 式 时 , 它 只 执 行 实 时 进 程 。KURT 通 过
实 时 调 度 框 架 来 处 理 所 有 实 时 事 件 和 它 们 相 应 的
处 理 程 序 , 采 用 较 为 单 一 的 循 环 调 度 策 略 。在 此 , 本
文 借 鉴 了 KURT 的 双 模 式 的 思 想 , 提 出 了 一 个 面 向
应 用 的 调 度 框 架 , 在 相 应 调 度 算 法 上 做 出 了 研 究 ,
并 且 提 出 了 增 强 内 核 实 时 性 的 方 法 。
Linux 进 程 调 度
[4]
由 schedule () 函 数 从 进 程 就 绪
队 列 中 选 一 个 进 程 投 入 运 行 , 调 度 系 统 根 据 调 度 属
性 选 择 SCHED_RR 、SCHED_FIFO、SCHED_OTHER
之 一 作 为 进 程 的 调 度 策 略 。SCHED_FIFO 适 合 于 时
间 性 要 求 比 较 强 、但 每 次 运 行 所 需 时 间 比 较 短 的 实
时 进 程 ; SCHED_RR 适 合 于 每 次 运 行 需 较 长 时 间 的
实 时 进 程 ; SCHED_OTHER 为 通 用 的 非 实 时 进 程 调
度 策 略 。 尽 管 Linux 根 据 POSIX 标 准 加 入 了
SCHED_RR 和 SCHED_FIFO 两 种 实 时 调 度 策 略 , 但
其 对 实 时 的 支 持 还 远 远 不 能 满 足 实 时 应 用 的 需 要 。
2 实时 Linux 的设计

2 . 1 实 时 Linux 的 基 本 思 想
实 时 Linux 的 目 标 是 建 立 一 个 用 于 嵌 入 式 环 境
的 实 时 操 作 系 统 内 核 , 并 提 供 较 高 的 执 行 效 率 和 灵
活 的 调 度 策 略 。为 此 在 Linux 内 核 的 进 程 控 制 子 模
块 中 增 加 一 个 可 以 支 持 各 种 调 度 算 法 的 面 向 应 用
的 调 度 框 架 , 实 时 任 务 由 面 向 应 用 调 度 框 架 提 供 的
调 度 器 调 度 执 行 , 而 全 部 非 实 时 任 务 由 原 Linux 调
度 。这 个 框 架 同 时 支 持 4 种 类 型 的 调 度 算 法 , 即 : 基
于 优 先 级 的 调 度 、基 于 周 期 的 调 度 、基 于 时 限 的 调
度 和 基 于 共 享 的 调 度 算 法 。这 些 调 度 算 法 可 以 采 用
目 前 应 用 比 较 广 泛 的 调 度 算 法 , 另 外 也 可 以 增 加 其
它 的 调 度 算 法 。 对 每 个 实 时 任 务 定 义 了 4 种 属 性 ,
通 过 调 整 属 性 值 和 选 择 标 准 来 执 行 相 应 的 调 度 算
Linu x 的进程调度机制简要分析 1
收稿日期: 2005 - 12 - 31
作 者 简 介 : 田 杰( 1979 —) , 男 , 陕 西 西 安 人 , 在 读 硕 士 研 究 生 ,
研 究 方 向 : Linux 嵌 入 式 系 统 。