[發明專利]一種實時操作系統內存管理算法性能測試方法及系統

有效

• 申請號: 202110671038.1
• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113434374B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 郭建;周城程;關鈺千;蒲戈光
• 申請（專利權）人: 華東師范大學;上海工業控制安全創新科技有限公司
• 主分類號: G06F11/34
• 分類號: G06F11/34;G06F9/50;G06F11/30
• 代理公司: 上海德禾翰通律師事務所 31319
• 代理人: 夏思秋

本發明公開了一種基于多線程的POSIX標準的實時操作系統內存管理算法性能測試方法，所述方法首先在操作系統外部由自動數據集生成工具生成內存分配數據的測試集；并提出了雙線程測試模型和第二多線程測試模型；針對基于POSIX接口的實時操作系統的內存管理算法，在測試模型下運行生成的數據集，以便獲取在兩個測試模型中運行的日志數據；最后將運行日志數據輸入到自動數據分析工具中進行數據處理，得到該內存管理算法的時間性能和碎片性能的具體數據的分析結果和圖表展示，從而得出該內存管理算法適合的數據場景。本發明應用到開源實時操作系統Zephyr中，對不同的內存管理算法進行分析，以得到不同內存管理算法的性能指標。

技術領域

本發明屬于實時操作系統技術領域，具體涉及一種基于多線程的POSIX標準的實時操作系統內存管理算法性能測試方法和系統。

背景技術

隨著計算機軟硬件的快速發展，計算機軟件的規模越來越大，復雜度越來越高。操作系統作為計算的一個系統性軟件，在計算機整個運行過程中起著承上啟下的核心作用。隨著嵌入式領域的快速發展，其軟件復雜度也在相應的增加，實時嵌入式系統中需要有更有效的動態內存分配。然而，內存的動態分配和釋放是不確定的，這主要體現在兩個方面：系統申請和釋放內存塊的大小不確定，申請和釋放的時間不確定。這都會影響嵌入式實時操作系統的響應實時性。對于實時操作系統來說，最關鍵的是需要保證“實時性”。內存碎片問題使得內存分配尤其是動態內存分配成為系統不確定性的一個主要來源。所以，通過測試來確定內存碎片對實時操作系統內存分配性能的影響具有重要意義。

在對內存管理算法進行性能評價時，主要從兩方面進行考量：內存分配和釋放的時間性能，系統運行過程中產生的碎片情況。內存分配和釋放時間將會影響系統的實時響應時間；內存碎片一般是不可利用的，內存碎片的存在會導致內存資源存在浪費，導致合理的內存申請得不到滿足，進而也會影響實時操作系統的實時性。因此，在對內存分配算法進行性能分析的時候，需要綜合考慮這兩方面的原因，只考慮其中一方面無法反映出內存分配算法的實際性能。

發明內容

為了解決現有技術存在的不足，本發明的目的是提供了一種基于多線程的POSIX標準的實時操作系統內存管理算法性能測試方法，考察內存管理算法的內存分配和釋放的時間性能和碎片情況。本發明應用到開源實時操作系統Zephyr中，對不同的內存管理算法進行分析，以得到不同內存管理算法的性能指標。

本發明提出了一種基于多線程的POSIX標準的實時操作系統內存管理算法性能測試方法，包括以下步驟：

步驟一：在操作系統外部的自動數據集生成工具中生成內存分配數據的測試集，該測試集包括三類：均勻分布的數據集、高斯分布的數據集、對實際嵌入式操作系統運行中內存分配過程的采樣得到的數據集；

所述自動數據集生成工具包括：數據隨機生成器、數據均勻分布生成器；

步驟二：實現兩個實時操作系統的第一多線程測試模型，分為雙線程測試模型、第二多線程測試模型，并且移植到實現了POSIX標準的實時操作系統中；

步驟三：針對基于POSIX接口的實時操作系統的內存管理算法，在測試模型下運行生成的數據集，以便獲取在兩個測試模型中運行的日志數據，所述日志數據包括內存分配和釋放的時間數據、內存分配時的內存余量、內存外碎片、內存內碎片等與內存量相關的數據；

步驟四：將運行日志數據輸入到自動數據分析工具中進行數據處理，得到該內存管理算法的時間性能和碎片性能的具體數據的分析結果和圖表展示，從而得出該內存管理算法適合的數據場景。

本發明提出的基于多線程的POSIX標準的實時操作系統內存管理算法性能測試方法中，所述步驟一具體包括以下步驟：

步驟A1：從通用的實時操作系統內存分配的操作中進行內存分配大小的統計，得出常見的內存分配范圍；

步驟A2：計算步驟A1得到的內存分配范圍的均值，和覆蓋95％內存分配范圍的方差值；