Linux在嵌入式系統(tǒng)中有關(guān)進(jìn)程調(diào)度算法的實時性改進(jìn)

引言

Linux 作為一種通用的操作系統(tǒng)，它最初的設(shè)計是用于桌面系統(tǒng)或者小型服務(wù)器。 要將Linux 用于嵌入式系統(tǒng)中，需要對Linux 內(nèi)核作一些改進(jìn)，使它能更好地為嵌入式系統(tǒng)服務(wù)。 在這些改進(jìn)中，進(jìn)程管理是相當(dāng)重要的一塊。

嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)備與普通PC 有較大的差別。 由于要節(jié)省成本、降低功耗，嵌入式系統(tǒng)的CPU 可能不帶MMU ，使用的存儲設(shè)備ROM、Flach 、RAM 的容量較小，這些因素決定了需要改變Linux 進(jìn)程管理，來適應(yīng)存儲系統(tǒng)方面的變化。進(jìn)程管理中另一個與嵌入式系統(tǒng)密切相關(guān)的方面就是實時性了。盡管不是所有的嵌入式系統(tǒng)都需要具有實時能力，但實時性確實是嵌入式系統(tǒng)最重要的特點之一。 兩者的關(guān)系如圖1 所示。

圖1 　嵌入式系統(tǒng)與實時性的關(guān)系

目前市場上商用的嵌入式操作系統(tǒng)，如VxWork、pSOS 和QNX 等都具有良好的實時性能。因此本文主要著手討論Linux 實時性方面的改造。

Linux 在實時應(yīng)用中的不足之處

雖然目前Linux 內(nèi)核在實時性方面有所增強(qiáng)，但它仍然不是實時操作系統(tǒng)，Linux 內(nèi)核的設(shè)計關(guān)注于應(yīng)用程序的吞吐量連同內(nèi)核整體設(shè)計的完善。作為提高吞吐量的必然要求，Linux 的調(diào)度器試圖提供一種“公平分配”策略來保證所有的進(jìn)程可以均衡地享有CPU 的資源。 普通Linux 內(nèi)核提供三種調(diào)度策略，分別為SCHEDRR、SCHEDFIFO、SCHEDOTHER。 其中第一個策略為實時進(jìn)程的基于優(yōu)先級的輪轉(zhuǎn)法， schedfifo 為實時進(jìn)程的先進(jìn)先出算法，schedother 為非實時進(jìn)程的基于優(yōu)先級的輪轉(zhuǎn)法。前兩種為軟實時進(jìn)程調(diào)度策略，后者為普通實時進(jìn)程調(diào)度策略。

普通時分進(jìn)程調(diào)度策略保證了每個進(jìn)程相對于其靜態(tài)優(yōu)先級可以公平地獲取CPU 資源。 由于調(diào)度器按照優(yōu)先級驅(qū)動的方式，因此軟實時進(jìn)程的優(yōu)先級要高于普通進(jìn)程，通常軟實時進(jìn)程的優(yōu)先級在1000 以上而普通進(jìn)程的優(yōu)先級在0～999之間。 由調(diào)度器調(diào)用的goodness ( ) 函數(shù)保證實時進(jìn)程先于普通進(jìn)程獲得CPU。

函數(shù)goodness() 如下：

static inline int goodness ( struct task struct 3 p ,int this
cpu ,struct mm struct 3 this mm)
int weight ;
weight=-1;
if (p->policy SCHED YIELD) goto out ;
/ 3 非實時進(jìn)程3 /
if (p=>policy==SCHED OTHER)
{weight =p->counter ;
if ( ! weight) goto out ;
if (p-> mm==this mm !!! p->mm)
weight+=1 ;
weight+=20-p->nice ;
goto out ；
}
/ 3 軟實時進(jìn)程3 /
weight=1000+p->rt priority ；
goto out ；
return weight ；
} -