[發明專利]安全關鍵和時間關鍵的資源調度方法及設備

在審

• 申請號: 201910728686.9
• 申請日: 2019-08-05
• 公開（公告）號: CN110489230A
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發明（設計）人: 雙小川;白亮;芮曄;沈霞宏;邱源;張潔
• 申請（專利權）人: 上海航天計算機技術研究所
• 主分類號: G06F9/50
• 分類號: G06F9/50
• 代理公司: 31236 上海漢聲知識產權代理有限公司
• 代理人: 胡晶<國際申請>=<國際公布>=<進入國

本發明提供了一種安全關鍵和時間關鍵的資源調度方法及設備，將系統分關鍵分區和非關鍵分區，通過資源劃分保證安全關鍵任務的執行。具體的方法主要分為：1)在系統層隔離部分CPU資源用于關鍵分區的調度；2)給出根據分區利用率確定最小CPU資源上限，在保證關鍵任務調度可靠性的同時最大化系統的資源利用率；3)在分區層設計基于動態優先級的實時調度算法，最終提升系統的容錯能力和任務調度可靠性。

技術領域

本發明涉及一種安全關鍵和時間關鍵的資源調度方法及設備。

背景技術

在后PC時代，隨著我國國民經濟信息化的迅速發展，實時計算日益廣泛應用于航空航天、國防、交通運輸、核電能源和醫療衛生等諸多安全關鍵系統(safety criticalsystem，SCS)。這些系統之所以稱為SCS，是因為它們一旦失效將會導致生命財產的重大損失以及環境可能遭受嚴重的破壞。為了減少或防止SCS發生災難性事故，增強系統的可信性是關鍵重點所在，而在安全關鍵系統中，實時操作系統是唯一緊靠硬件的系統軟件，其本身的可信性是其他軟件可信職能的根基，所以為了增強安全關鍵系統的可信性，設計高可信的安全關鍵實時操作系統是必然要求，這其中設計一種基于安全關鍵和時間關鍵任務資源的調度模型是重點所在。

對于安全關鍵和時間關鍵的任務來說，他們是整個系統最先保證的任務，他們對資源的請求應該得到最大程度的滿足，但是目前各任務對于資源的請求，還是“公平”原則，或者“先到先給”原則，也就是誰先請求，就先給誰。這樣勢必造成低優先級的或無關緊要的任務先請求資源后，高級任務則無法獲得資源的使用權而影響高級任務的執行，造成整個系統的最終目標工作的拖后完成或無法完成。保證高級別任務及時高優先的獲取資源的訪問權限是建立安全可靠系統的關鍵之一。

在安全關鍵和時間關鍵應用領域中，通常是一些核心或者特定的業務或者子系統對計算機系統的安全性和實時性有嚴格的要求，通用的計算機系統對這些應用需求而言顯得過于龐大復雜，容易造成計算資源的浪費，同時由于其通用性，難以達到這些應用需求嚴格的功能性能標準。在實際的生產生活中，往往是利用按需定制的嵌入式系統來實現這些核心或者特定的子系統，其關鍵需求包括：

1、可用性。當系統出現故障時，通過系統的容錯機制來及時保證安全關鍵任務的高可用性，并保證安全關鍵任務執行的正確性和準確性。

2、兼容性。在實際的生產生活中，嵌入式安全關鍵和時間關鍵系統運行在動態多變、難以預測的環境下，需要通過兼容性來調節適應具體的應用需求。

3、實時性。要保證滿足時間關鍵任務的嚴格時限要求，所以嵌入式安全關鍵系統大都是實時系統，根據系統任務的關鍵程度和對時間性能的要求不同，其典型的反應時間從微秒級到毫秒級不等。

4、一致性。嵌入式安全關鍵和時間關鍵系統往往運行于分布式環境下，需要保證不同子系統以及不同任務之間的交互暢通和數據一致。

因此，在當前嵌入式操作系統高度發展的大趨勢下，對安全關鍵和時間關鍵任務資源的進行分級管理提出了迫切的需求和嚴格的標準。

針對以上提出的需求和存在的問題，一系列對安全關鍵和時間關鍵任務資源的調度算法相繼提出。Hao J.F.提出一種多核混合任務分區調度算法，將資源分為緊急響應分區和普通分區，所有分區內的任務根據其優先級進行搶占式調度。陳曦等對uCOS-II操作系統進行改進，使其支持時間/事件任務混合調度，但其仍然是事件觸發操作系統，時間關鍵任務和事件關鍵任務有很大的耦合性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種安全關鍵和時間關鍵的資源調度方法及設備。

為解決上述問題，本發明提供一種安全關鍵和時間關鍵的資源調度方法，包括：

進行多核處理器核的劃分，以實現分區的硬件隔離，劃分專用的處理器用于關鍵分區的調度，剩余的硬件資源用于非關鍵分區的調度；