电信级以太网系统及用于该系统的实时任务调度方法技术方案

本发明专利技术提供了一种面向电信级以太网系统的基于任务复合价值密度－截止期－开销的实时任务调度方法和电信级以太网系统，所述方法包括：在每个调度时刻，判断所述系统是否处于过载状态；如果系统处于非过载状态，采用早截止期优先ＥＤＦ方法分配任务的优先级，如果系统处于过载状态，则基于任务复合价值密度、任务截止期和开销来分配任务的优先级；采用基于优先级的抢先式任务调度方式执行任务调度，以尽可能地获得最大的系统价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电信级以太网系统及电信级以太网系统上的任务调度方 法，具体涉及一种电信级以太网系统及应用于电信级以太网系统的基于复合 任务价值-截止期-资源的实时任务调度方法。
技术介绍
与传统以太网相比，电信级以太网具有下列五个特性提供可靠的业务 保护模式、可扩展性、对TDM(Time Division Multiplexing)业务的支持、高 QoS(Quality of Service)、 OAM(Operation， Administration, Management)能力， 这就要求应用各种技术和方法改善电信级以太网系统的功能和性能。电信级 以太网软件子系统在电信级以太网系统中占有极其重要的地位，这就要求这 部分既是高效的，同时也是可靠的，这也决定了电信级以太网系统对时间特 性有较高的要求，它是一种实时系统。当前的电信级以太网产品，基本上以 实时多任务操作系统+ASIC或NP厂家的驱动开发包+协议栈+网管的模式来 开发软件子系统，系统设计时首先考虑的是功能的实现和堆砌，并未充分考 虑和利用硬件平台和具体应用的特性，导致设计的软件子系统在任务调度、 资源共享以及外部事件响应和处理等方面尤其是任务调度方面存在不足的地 方。任务调度技术是实时系统中的关键技术之一，在非实时系统中，调度的 主要目标是减小系统平均响应时间，提高系统资源利用率，或优化某一项指 标。而实时任务调度的目的则是尽可能地保证每个任务满足他们的时间约束， 及时对外部请求做出响应。实时调度技术通常有多种划分方法，如抢占式调 度和非抢占式调度，静态表驱动策略和优先级驱动策略等等。一个实时系统中，硬截止期任务、固截止期任务和软截止期任务同时存 在，另一方面，定期任务和非定期任务也是同时存在的。定期任务和非定期 任务的调度各自具有自身的特性。定期任务调度最常用的方法是基于优先级的调度，而基于优先级的调度5态优先级两类方法。静态优先级方法的代表是单调速率RM(Rate Monotonic)调度方法，动态 优先级方法中使用较多的是早截止期优先EDF(Early Deadline First)调度方 法。这两类方法建立在如下的假设上(1) 所有具有硬截止期的任务的请求是周期性的，任务的两次请求之间的 时间间隔为常数。(2) 截止期由可运行性唯一决定，换句话说，每个任务必须在下一个请求 到来之前完成本次执行。(3) 任务是相对独立的，也即一个任务实例的执行不依赖于其它任务实例 的开始和结束。 '(4) 每个任务的运行时间不随时间而改变，也就是说，所有实例的运行时 间都是相同的。(5) 所有非周期性任务都不具有硬截止期，且不影响周期性任务的行为。 一般情况下，实时系统涉及混合任务集的调度处理，其中不仅有定期任务与非定期任务，而且任务可能具有硬截止期、固截止期或者软截止期。具 有混合任务集的实时调度算法的目标是l.保证硬截止期任务满足截止期； 2.最大化固截止期任务的完成数量；2.最小化软截止期任务的平均响应时间。 在实时混合任务调度中，处理软截止期非定期任务的方法主要有后台执 行方法、基于服务器的算法和基于空闲时间的算法。(1) 后台执行方法，它是在处理器空闲(未执行任何未完成的定期任务)时以FCFS次序执行这些非定期任务，如果定期任务的负载很高，则用于后台处 理非定期任务的处理器时间就相当少，因此非定期任务的响应时间是不可预测的。(2) 基于服务器的方法，该方法又称作带宽保留算法，其主要思想是，在保 证满足定期任务截止期的前提下，引入一个或者几个额外的定期任务作为服 务器来处理非定期任务，这些任务使用指定的处理器带宽，根据定期任务调 度算法的不同，带宽预留算法又可以归结为固定优先级服务器算法与动态优 先级服务器算法。、(3) 基于空闲时间的方法，包括空闲时间偷取算法(slack stealing algorithm)、时间片移位算法(slot shifting algorithm)与双重优先级算法(dual priority algorithm),这些算法都是通过离线或者在线分析从定期任务调度的空6隙获得尽可能多的处理时间来处理非定期任务。归纳起来，当前对实时任务调度的研究，多集中在从理论上探讨，在保 证硬截止期定期任务不错过时限的基础上，如何提高CPU的利用率上。这些研究在下列方面存在不足(1) 为理论研究方便，常常假设任务调度开销可以忽略，假设任务之间相 对独立，假设任务不受CPU以外的资源的影响。这些因素在实际实时系统中 是不可忽略的。(2) 当前的研究多集中在以确保定期任务的截止期为前提来调度非定期任 务，如不可行，则舍弃非定期任务。实际上系统多受外部事件驱动，对外部 事件的快速响应往往要求非定期任务也具有硬截止期，舍弃非定期任务同样 有很严重的后果。(3) 研究多以周期和截止期依据决定任务的优先级，而忽视了实时任务对 整个系统的影响度和任务的价值，使得实际的调度在输出上不是最优。有部 分研究虽然考虑了任务的价值和价值密度，但无合适的量化方法，而且基于 价值密度仅考虑了处理机资源，而未考虑其它资源的影响，不完全合乎实际 系统的特性。(4) 未考虑外部事件产生的中断带来的开销，而中断处理程序往往运行在 核心态，往往具有更高的执行优先权，同时对系统资源的影响不能忽略。(5) 大多数算法的实现时间和空间复杂度较高，难以在实际系统实现。
技术实现思路
本专利技术的目的是为提高电信级以太网系统的性能，提出了一种基于任务 复合价值密度、截止期和开销的调度算法来完成电信级以太网系统的软件调 度，设计任务的价值时，合理考虑外部事件的紧急程度，以改善对外部事件 的响应和处理速度，同时考虑任务之间的依赖性及资源的使用情况。当外部 事件发生时，既考虑处理外部事件的中断处理程序的执行时间，同时被中断 服务程序激活的非定期任务可根据事件的性质设置不同的价值和任务截止 期。将定期任务和非定期任务统一管理，综合考虑复合价值、截止期和资源 的使用情况确定任务的优先级，从而使系统运行的价值尽可能最大化。本专利技术的方法可简称为价值密度-截止期-开销VDDC(Value Density-Deadline-Cost)算法，它釆用基于优先级的调度方法。但设计任务优先级时，综合考虑截止期、复合价值密度和资源开销三种因素。它基于电信级 以太网系统的若干评价因子建立评价函数来确定系统中任务的价值，评价因 子包括对任务按期执行对系统的贡献、任务响应外部事件的紧迫程度、任务 错过截止期的后果等等。另一方面，需综合考虑任务的开销，也就是任务对资源的使用情况，如 某任务对资源的使用影响其它更重要任务的执行甚至可能危及整个系统，则 需对该任务作特别处理。在每个调度时刻，综合考虑当前活跃任务集的截止期、复合价值密度和 资源开销等属性，动态决定任务的优先级，并基于优先级实现抢先式调度。先给出调度时刻的定义调度时刻是指如下任一情况发生的时刻调度 时间片到，外部事件发生引起非定期任务就绪，当前执行的任务完成或执行 时间到，阻塞的高优先级任务活跃，当前执行的任务由于资源请求失败而阻 塞等等。本专利技术包括如下步骤(1) 在系统初始化阶段，统计系统的总资源i ，并表示成资源图模型i GM， 估算各中断服务本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向电信级以太网系统的实时任务调度方法，包括如下步骤：　在每个调度时刻，判断所述系统是否处于过载状态；　如果系统处于非过载状态，采用早截止期优先ＥＤＦ方法分配任务的优先级，如果系统处于过载状态，则基于任务复合价值密度、任务截止期和开销来分配任务的优先级；　采用基于优先级的抢先式任务调度方式执行任务调度，以尽可能地获得最大的系统价值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戴锦友，余少华，李念军，
申请(专利权)人：武汉烽火网络有限责任公司，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]