[發(fā)明專利]嵌入式linux系統(tǒng)用戶態(tài)任務(wù)獨(dú)占的監(jiān)測定位方法

有效

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• 申請日: 2012-09-25
• 公開（公告）號: CN102929770A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐鑫;劉應(yīng)江;劉昊;簡楹;楊紅霞
• 申請（專利權(quán)）人: 烽火通信科技股份有限公司
• 主分類號: G06F11/34
• 分類號: G06F11/34
• 代理公司: 北京捷誠信通專利事務(wù)所(普通合伙) 11221
• 代理人: 魏殿紳;龐炳良

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及嵌入式系統(tǒng)，具體涉及嵌入式linux系統(tǒng)用戶態(tài)任務(wù)獨(dú)占的監(jiān)測定位方法。

背景技術(shù)

嵌入式linux系統(tǒng)是將日益流行的Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行裁剪修改，使之能在嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行的一種操作系統(tǒng)。它繼承了Linux的開放源代碼資源的優(yōu)點(diǎn)，又具有嵌入式操作系統(tǒng)的特性，因此，性能優(yōu)異、軟件移植容易、實(shí)時性能和穩(wěn)定性、安全性好，使用嵌入式linux系統(tǒng)開發(fā)新產(chǎn)品周期短，如今已被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)制造、過程控制、通訊、儀器、儀表、汽車、船舶、航空、航天、軍事裝備、消費(fèi)類產(chǎn)品等眾多領(lǐng)域。

?Linux支持多任務(wù)（進(jìn)程），通過進(jìn)程調(diào)度進(jìn)行調(diào)度管理。但是，如果某一個任務(wù)在執(zhí)行過程中進(jìn)入死循環(huán)或者始終等待其他資源，則會長時間獨(dú)占CPU，從而導(dǎo)致整個系統(tǒng)死鎖，任何進(jìn)程都無法運(yùn)行。為此，嵌入式linux系統(tǒng)必須對用戶態(tài)任務(wù)獨(dú)占進(jìn)行監(jiān)測，以確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。

目前，嵌入式系統(tǒng)針對任務(wù)獨(dú)占監(jiān)測定位主要有以下兩種方法：

第一種方法：通過硬時鐘中斷實(shí)現(xiàn)。即在嵌入式軟件中啟動硬時鐘定時器，并在定時器的中斷服務(wù)例程中循環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)中各任務(wù)的消息處理時間是否超過預(yù)定閥值，從而判斷是否有任務(wù)發(fā)生獨(dú)占，之后直接打印信息通知開發(fā)人員任務(wù)獨(dú)占或者向調(diào)試任務(wù)發(fā)送填充有獨(dú)占的任務(wù)標(biāo)識的消息，在調(diào)試任務(wù)中獲取函數(shù)調(diào)用棧信息并輸出。

第二種方法：通過插樁代碼實(shí)現(xiàn)。即在系統(tǒng)中各任務(wù)循環(huán)體的入口處增加統(tǒng)計(jì)變量，每次系統(tǒng)調(diào)度時，該變量的值遞增；然后創(chuàng)建一個高優(yōu)先級的任務(wù)，循環(huán)遍歷被監(jiān)控的任務(wù)，當(dāng)任務(wù)連續(xù)N次出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)變量值不為零、統(tǒng)計(jì)變量值不變的時間超過規(guī)定的閥值、CPU占用率超過閥值且任務(wù)處于運(yùn)行狀態(tài)，則判定任務(wù)發(fā)生獨(dú)占，之后輸出獨(dú)占的異常信息。

第一種方法有如下主要弊端：首先，要求嵌入式系統(tǒng)必須具有硬時鐘中斷功能，而嵌入式LINUX系統(tǒng)在用戶態(tài)下不存在硬時鐘中斷功能；其次，對監(jiān)測的任務(wù)具有局限性，只能監(jiān)測到具有處理消息功能的任務(wù)。

第二種方法有如下主要弊端：首先，任務(wù)統(tǒng)計(jì)變量如果需要在每次調(diào)度的時候遞增，則需要在系統(tǒng)調(diào)度時設(shè)置，而不是在任務(wù)循環(huán)體入口處設(shè)置，這就需要修改內(nèi)核調(diào)度代碼；其次，任務(wù)規(guī)格受限，需要循環(huán)遍歷系統(tǒng)中所有任務(wù)，對這些任務(wù)排序并監(jiān)測，當(dāng)系統(tǒng)中任務(wù)較多時，該方法會占用較多資源，效率較低。

由此可見，現(xiàn)有嵌入式系統(tǒng)針對任務(wù)獨(dú)占監(jiān)測定位的方法應(yīng)用到嵌入式LINUX系統(tǒng)上時，存在較大的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種嵌入式linux系統(tǒng)用戶態(tài)任務(wù)獨(dú)占的監(jiān)測定位方法，包括以下步驟：

在任務(wù)切換時，記錄正在運(yùn)行的任務(wù)的ID和任務(wù)開始運(yùn)行時的系統(tǒng)TICK；?

啟動高優(yōu)先級監(jiān)測任務(wù)循環(huán)監(jiān)測系統(tǒng)中正在運(yùn)行的任務(wù)，計(jì)算任務(wù)運(yùn)行時長，并根據(jù)任務(wù)的運(yùn)行時長是否大于預(yù)先設(shè)定的閥值獲得該任務(wù)是否為獨(dú)占任務(wù)，如該任務(wù)為獨(dú)占任務(wù)，則向該任務(wù)發(fā)送控制信號，啟動獨(dú)占任務(wù)定位處理函數(shù)，所述運(yùn)行時長為：任務(wù)當(dāng)前時刻的系統(tǒng)TICK與任務(wù)開始運(yùn)行時的系統(tǒng)TICK之間的差值；

根據(jù)所述控制信號啟動獨(dú)占任務(wù)定位處理函數(shù)獲取所述獨(dú)占任務(wù)的ID，并實(shí)時打印和保存所述獨(dú)占任務(wù)的任務(wù)名、上下文以及函數(shù)調(diào)用關(guān)系。

在上述方法中，根據(jù)正在運(yùn)行任務(wù)的任務(wù)屬性和連續(xù)兩次高優(yōu)先級監(jiān)測的任務(wù)是否發(fā)生任務(wù)切換，判斷該任務(wù)是搶占式任務(wù)還是非搶占式任務(wù)；如果該任務(wù)是搶占式任務(wù)，則執(zhí)行搶占式任務(wù)的獨(dú)占監(jiān)測；否則進(jìn)行當(dāng)前連續(xù)運(yùn)行任務(wù)的獨(dú)占監(jiān)測。

在上述方法中，獨(dú)占任務(wù)定位處理函數(shù)和處理流程如下：

根據(jù)所述獨(dú)占任務(wù)的ID，讀取/proc/目錄下與所述獨(dú)占任務(wù)對應(yīng)的maps文件，獲取所述獨(dú)占任務(wù)對應(yīng)的所有虛擬內(nèi)存起始地址和終止地址；

根據(jù)linux內(nèi)核封裝的上下文信息，獲取所述獨(dú)占任務(wù)的當(dāng)前指令地址和函數(shù)調(diào)用棧基值，根據(jù)當(dāng)前指令地址和內(nèi)存映射信息，獲得當(dāng)前指令所在靜態(tài)或動態(tài)庫的文件名和當(dāng)前指令相對庫文件的偏移地址；

根據(jù)函數(shù)調(diào)用時的入棧和出棧規(guī)律以及獲取到的函數(shù)調(diào)用棧基值，逐級獲取每一層函數(shù)調(diào)用棧信息，并實(shí)時打印和保存當(dāng)前任務(wù)的任務(wù)名、上下文以及函數(shù)調(diào)用關(guān)系。

本發(fā)明，克服了需要操作系統(tǒng)提供硬時鐘中斷功能的限制，且不需要修改操作系統(tǒng)內(nèi)核代碼，完全在用戶態(tài)下實(shí)現(xiàn)了任務(wù)獨(dú)占監(jiān)測，并通過提供多級函數(shù)調(diào)用棧信息，為精確定位任務(wù)獨(dú)占發(fā)生的位置提供多級調(diào)用函數(shù)名、源文件、行號等重要信息。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的嵌入式linux系統(tǒng)用戶態(tài)任務(wù)獨(dú)占的監(jiān)測定位方法流程圖；