CN100346307C - Java操作系统中实时任务调度的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Java操作系统中实时任务调度的实现方法，Java操作系统中实时任务的定义，通过标识号、实时任务的状态、实时任务的优先级、任务控制块、任务控制块队列来标识定义；Java操作系统中对实时任务使用了多任务调度方法和采用最高优先级第一的调度方法，在封锁中断状态下工作。从而可以在多个Java程序并发的场合下大幅度节省系统资源，提高进程并发效率，本发明对嵌入式系统环境，尤其是面向嵌入式系统的Java操作系统，有重大意义。

Description

Java操作系统中实时任务调度的实现方法

技术领域

本发明涉及Java操作系统，尤其是涉及一种Java操作系统中实时任务调度的实现方法。

背景技术

实时操作系统RTOS(REAL-TIME OPERATING SYSTEM)是操作系统的一个重要分支。它应属于操作系统的研究范畴。实时操作系统与通用操作系统有共同的一面，但在功能、性能、安全保密及环境适应能力等方面，还有其独特的一面。

实时操作系统是指具有实时特性，能支持实时控制系统工作的操作系统，它可将系统中的各种设备有机地联系在一起并控制它们完成既定的任务。

实时操作系统的首要任务是利用一切可利用的资源完成实时控制任务，其次才着眼于提高计算机系统的使用效率。

实时操作系统的一个重要特点就是要满足对时间的限制和要求。在实时系统中，时间就是生命，这与通用操作系统有显著的差别。

除个别系统外，实时操作系统都就是多道程序的操作系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Java操作系统中实时任务调度的实现方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：

一种支持Java操作系统中实时任务调度的实现方法：

1)Java操作系统中实时任务的定义，即一个作业中可以并行执行的程序段，而这些程序段具有实时特性，通过如下的结构定义：

I、标识号，用来标识任务，起到任务名的作用，它的取值范围为0～255，两个任务不能有相同的非零标识号，但唯独标识号为零的任务可以有多个；

II、实时任务的状态，包括：

(1)运行状态：任务获得处理机，正在运行；

(2)就绪状态：只要获得处理机，任务即可运行；

(3)挂起状态：由于某种原因，任务即使得到处理机也无法继续执行，只有待此种原因撤销后，任务才有获得处理机的权利；

(4)潜伏状态：任务建立之前和撤销以后的状态；

III、实时任务的优先级，就绪任务取得处理机的先后次序是由任务的优先级来规定的，任务的优先级反映了它想获得其执行结果的急切程度，任务调度程序总是挑选优先级最高的任务运行，任务优先级范围为0～255，其中0优先级为最高，不同任务可以有相同的优先级；

IV、任务控制块，即任务的所有外部特性信息集中在一起，便称为任务控制块TCB，Task Control Block，依据描写任务外部特性的信息，任务系统实现对任务的控制和管理；

任务控制块是表征任务存在的唯一实体，当任务系统收回了任务的任务控制块后，任务就被撤销了，当建立一个新任务时，任务系统为它分配一个空的任务控制块，并填入此任务有关的外部特性信息，这时任务便存在于系统之中；同样，任务系统对于各个任务进行调度、控制和管理，也都是根据每个任务的任务控制块进行的；

V、任务控制块队列，用户作业内的任务数由用户指定，系统装配程序根据任务数来分配任务控制块空间；

系统将处于就绪、运行和挂起状态的所有任务的任务控制块借助于任务控制块中的连接字串成一个链，称为就绪队列或活动链。该队列的首地址存于用户作业的作业控制表中；

2)实时任务的调度方法

Java操作系统中对实时任务进行调度可以保证各任务都能按其要求执行，充分发挥全部资源的系统效率，即利用系统的现有配置，使其资源的利用率尽量提高。系统资源不仅包括计算机系统的系统资源，还包括实时控制系统的其他设备和资源等；

Java操作系统中使用了多任务调度方法，在发生下列事件时，多任务调度程序扫视就绪队列，挑选一个任务投入运行：

(1)任何一个任务的状态发生变化；

(2)任务优先级发生变化；

(3)操作系统又将中央处理机控制权交给任务调度程序；

Java操作系统中采用最高优先级第一的调度方法。任务调度程序从就绪队列链首开始扫视，选择就绪任务中优先级最高的任务投入运行，由于就绪队列中任务控制块是按优先级高低顺序排列的，因此被扫视的第一个就绪任务必定有最高的优先级。为了使相同优先级的就绪任务有轮流得到处理机控制权的机会，多任务系统对它们采取了循环调度的策略，即将选中投入运行任务的任务控制块从就绪队列上原来位置移到同一优先级任务控制块的最末尾。这样，当任务调度程序下次扫视就绪队列时，此任务的任务控制块已成为同优先级任务任务控制块中的最后一个，从而也最后得到处理机；

Java操作系统在封锁中断状态下工作，就绪队列上任务控制块是程序的操作对象，各控制块中信息不允许在调度进行过程中发生变化，故进入程序立即封锁中断，以保证多任务调度程序执行过程中不会被打断；

然后依次扫描就绪队列上各任务控制块，若发现处于就绪状态的任务，根据同优先级任务循环调度原则，选出当前的活动任务控制块，调度程序负责恢复投入运行任务的现场，这包括有关状态字、指令计数器和各寄存器内容。

本发明具有的有益效果是：

1)系统的正确性

系统的正确性是系统存在的基础，是Java操作系统中首要的和必须保证的。

2)系统的实时性

系统的实时性是由系统响应时间的长短来标志的。系统响应时间应该有一个上限，即系统的每次响应时间都不会超过该数值。

Java操作系统中能保证在规定的响应时间内响应并处理异步事件的请求。

3)高度的可靠性

Java操作系统中可靠性包括两个方面的内容：一是在正常情况下系统正确地连续工作妈连续性；二是在异常情况下系统能及时正确处置，保证完成任务或最重要的任务，即系统的可保护性。

4)系统的安全性

Java操作系统本身有防护信息泄露和防止信息破坏的能力。通过备份和后援存储的方法实现。

5)任务处理的随机性

Java操作系统有及时处理随机事件的能力。在任一时刻，系统都不应丢失信息和降低实时性。

6)输入/输出的复杂性

在实时控制系统中，输入/输出设备数量可能较多，类型各异，因而相应的Java操作系统计算机通道和接口可能有同步型的、异步型的和通用或特殊型的，它们传输速度可从每秒几个二进位到每秒几万个二进位数，甚至更高。

附图说明

附图是实时任务的调度方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

一种支持Java操作系统中实时任务调度的实现方法：

1)Java操作系统中实时任务的定义，即一个作业中可以并行执行的程序段，而这些程序段一般具有实时特性，通过如下的结构定义：

I、标识号，用来标识任务，起到任务名的作用。它的取值范围为0～255，两个任务不能有相同的非零标识号，但唯独标识号为零的任务可以有多个。

II、实时任务的状态，包括

(1)运行状态：任务获得处理机，正在运行。

(2)就绪状态：只要获得处理机，任务即可运行。

(3)挂起状态：由于某种原因，任务即使得到处理机也无法继续执行，只有待此种原因撤销后，任务才有获得处理机的权利。

(4)潜伏状态：任务建立之前和撤销以后的状态。

III、实时任务的优先级，就绪任务取得处理机的先后次序是由任务的优先级来规定的，任务的优先级反映了它想获得其执行结果的急切程度。任务调度程序总是挑选优先级最高的任务运行。任务优先级范围为0～255，其中0优先级为最高，不同任务可以有相同的优先级。

IV、任务控制块，即任务的所有外部特性信息集中在一起，便称为任务控制块TCB，Task Control Block。依据描写任务外部特性的信息，任务系统实现对任务的控制和管理。

TCB是表征任务存在的唯一实体。当任务系统收回了任务的TCB后，任务就被撤销了，当建立一个新任务时，任务系统为它分配一个空的TCB，并填入此任务有关的外部特性信息，如启动地址、任务标识号、优先级等，这时任务便存在于系统之中。同样，任务系统对于各个任务进行调度、控制和管理，也都是根据每个任务的任务控制块进行的。总之，任务控制块是任务的标志，任务系统根据任务控制块而感知任务的存在，各种任务调用命令的操作对象就是任务的任务控制块。

任务控制块TCB也是用户任务与操作系统交换信息的通信区。当用户任务向系统申请系统资源，如内存储区、输入输出设备时，需将有关申请请求的内容填入任务控制块TCB之中。然后再提交给系统，而系统在完成用户提出的某些申请或操作后，也是将有关返回信息送入任务的任务控制块，而由任务从任务控制块中获取信息。

任务控制块的主要内容包括用户任务的运行现场信息，任务本身的外部特性信息和管理任务控制块的有关信息三部分。其内容如下表所示。

类别	主要内容
		现场信息	保存用户任务运行现场信息中各寄存器或累加器的内容保存用户任务程序计数器的内容
任务外部特征信息	用户任务标识号用户任务状态用户任务优先级
		管理控制信息	任务调用命令字任务与系统通信区任务控制块连接字其它

V、任务控制块队列，用户作业内的任务数由用户指定，系统装配程序根据任务数来分配任务控制块空间。

系统将处于就绪、运行和挂起状态的所有任务的任务控制块借助于任务控制块中的连接字串成一个链，称为就绪队列或活动链。该队列的首地址一般存于用户作业的作业控制表中。

2)实时任务的调度方法，如附图说明中的流程图所示。

Java操作系统中对实时任务进行调度可以保证各任务都能按其要求执行，充分发挥全部资源的系统效率，即利用系统的现有配置，使其资源的利用率尽量提高。系统资源不仅包括计算机系统的系统资源，还包括实时控制系统的其他设备和资源等。

Java操作系统中使用了多任务调度方法，在发生下列事件时，多任务调度程序扫视就绪队列，挑选一个任务投入运行：

(1)任何一个任务的状态发生变化；

(2)任务优先级发生变化；

(3)操作系统又将中央处理机控制权交给任务调度程序。

Java操作系统中采用最高优先级第一的调度方法。任务调度程序从就绪队列链首开始扫视，选择就绪任务中优先级最高的任务投入运行，由于就绪队列中任务控制块是按优先级高低顺序排列的，因此被扫视的第一个就绪任务必定有最高的优先级。为了使相同优先级的就绪任务有轮流得到处理机控制权的机会，多任务系统对它们采取了循环调度的策略，即将选中投入运行任务的任务控制块从就绪队列上原来位置移到同一优先级任务控制块的最末尾。这样，当任务调度程序下次扫视就绪队列时，此任务的任务控制块已成为同优先级任务任务控制块中的最后一个，从而也最后得到处理机。

Java操作系统在封锁中断状态下工作，就绪队列上任务控制块是程序的操作对象，各控制块中信息不允许在调度进行过程中发生变化，故进入程序立即封锁中断，以保证多任务调度程序执行过程中不会被打断。

然后依次扫描就绪队列上各任务控制块，若发现处于就绪状态的任务，根据同优先级任务循环调度原则，选出当前的活动任务控制块，调度程序负责恢复投入运行任务的现场，这包括有关状态字、指令计数器和各寄存器内容。

Java操作系统中，实时任务命令根据对象的不同分为任务调用命令和系统调用命令。

任务调用命令是为用户编制实时多任务操作系统所提供的各种命令。它是以命令字及参数的形式给出的。

任务调用命令概括地说分为五类；改变任务状态命令、任务间信息通信命令、用户实时钟和系统实时钟命令、定时任务命令和实时设备命令。

I、改变任务状态命令

改变任务状态命令分为任务的建立命令、任务的撤销命令、改变任务优先级命令、挂起命令、任务的解挂命令、延迟命令等几类。

任务的建立命令(TASK)：主要完成在多任务系统中建立一个新任务，在整个用户作业输入到系统后，系统认为只有一个任务(首任务)，其他任务必须通过首任务建立新的任务。通过任务建立命令时，可建立一个实时多任务系统。

撤销任务命令(KILL)：就是把使用KILL的任务变为潜伏状态。KILL是撤销当前的任务。AKILL是撤销当前任务及撤销参数所指定的优先级。

改变任务的优先级(PRI)：即动态更改任务优先级。

任务的挂起命令(SUSP)：强制性地通过挂起命令把用户作业挂起，挂起后，永远不能成为就绪状态，不能运行。在实时系统中用户作业可以自行挂起。

任务的解挂命令(ARIDY)：解挂已挂起的命令使之变为就绪状态。参数中要给出优先级。

任务延迟命令(DELAY)：将当前执行的任务推迟一定的时间以后再变为预备状态。

II、任务间信息通信的命令

用户任务之间信息通信的命令主要完成两个任务信息的通信，并可实现任务之间的同步。

其中包括以下几类：

传送信息命令(XMT)：当前正在执行的任务把一个非0的信息字插入指令的内存地址中。发出传送命令信息字的任务变为就绪状态。XMT必须与REC配合用。

接收信息命令(REC)：将其它的任务传送到指定地址的内容取出，同时将其内容清0。在接收信息时，首先看发送信息地址内容是否为0，若不为0，取走，REC变为就绪状态；若为0，则把REC任务挂起等待。当发传送命令时，看是否等待，有则解挂，使REC变为就绪状态。

同步传送信息命令(XMTW)：完成信息传送状态后，不是变为就绪状态，而是变为挂起等待状态，REC需检查XMTW是否挂起，若挂起，使之变为就绪状态。所谓同步状态，指同时处于就绪状态而被处理机调度。

III、用户实时钟和系统实时钟命令

用户实时钟：受系统实时钟驱动时钟，可按用户指定间隔提供中断。用户钟中断处理程序是由用户作业自己编制的。

系统实时钟：指计算机内部硬件的时钟，每一周期中断一次。

用户实时钟和系统实时钟命令包括：定义用户实时钟命令(DUCLK)、取消用户实时命令(RUCLK)、检测实时钟频率(GRHZ)。

IV、定时任务命令(QTSK)

就是使一个任务按用户的要求，按一定周期建立任务并重复执行该任务。

其参数要给出定时要求：

任务本身的信息：任务的标识号、任务优先级、任务起始地址等。

定时信息：执行任务次数，第一次执行的时间、间隔时间。

V、实时设备命令

实时设备命令就是实现对实时设备的管理为用户提供的接口命令。例如：登陆用户设备(IDEF)、删除用户设备(IRMV)。

本Java操作系统软件已经向中华人民共和国版权局申请计算机软件著作权登记。

Claims (1)

1、一种Java操作系统中实时任务调度的实现方法，其特征在于：

1)Java操作系统中实时任务的定义，即一个作业中可以并行执行的程序段，而这些程序段具有实时特性，通过如下的结构定义：

I、标识号，用来标识任务，起到任务名的作用，它的取值范围为0～255，两个任务不能有相同的非零标识号，但唯独标识号为零的任务可以有多个；

II、实时任务的状态，包括：

(1)运行状态：任务获得处理机，正在运行；

(2)就绪状态：只要获得处理机，任务即可运行；

(3)挂起状态：由于某种原因，任务即使得到处理机也无法继续执行，只有待此种原因撤销后，任务才有获得处理机的权利；

(4)潜伏状态：任务建立之前和撤销以后的状态；

III、实时任务的优先级，就绪任务取得处理机的先后次序是由任务的优先级来规定的，任务的优先级反映了它想获得其执行结果的急切程度，任务调度程序总是挑选优先级最高的任务运行，任务优先级范围为0～255，其中0优先级为最高，不同任务可以有相同的优先级；

IV、任务控制块，即任务的所有外部特性信息集中在一起，便称为任务控制块TCB，Task Control Block，依据描写任务外部特性的信息，任务系统实现对任务的控制和管理；

任务控制块是表征任务存在的唯一实体，当任务系统收回了任务的任务控制块后，任务就被撤销了，当建立一个新任务时，任务系统为它分配一个空的任务控制块，并填入此任务有关的外部特性信息，这时任务便存在于系统之中；同样，任务系统对于各个任务进行调度、控制和管理，也都是根据每个任务的任务控制块进行的；

V、任务控制块队列，用户作业内的任务数由用户指定，系统装配程序根据任务数来分配任务控制块空间；

系统将处于就绪、运行和挂起状态的所有任务的任务控制块借助于任务控制块中的连接字串成一个链，称为就绪队列或活动链，该队列的首地址存于用户作业的作业控制表中；

2)实时任务的调度方法

Java操作系统中对实时任务进行调度可以保证各任务都能按其要求执行，充分发挥全部资源的系统效率，即利用系统的现有配置，使其资源的利用率尽量提高；系统资源不仅包括计算机系统的系统资源，还包括实时控制系统的其他设备和资源；

Java操作系统中使用了多任务调度方法，在发生下列事件时，多任务调度程序扫视就绪队列，挑选一个任务投入运行：

(1)任何一个任务的状态发生变化；

(2)任务优先级发生变化；

(3)操作系统又将中央处理机控制权交给任务调度程序；

Java操作系统中采用最高优先级第一的调度方法，任务调度程序从就绪队列链首开始扫视，选择就绪任务中优先级最高的任务投入运行，由于就绪队列中任务控制块是按优先级高低顺序排列的，因此被扫视的第一个就绪任务必定有最高的优先级；为了使相同优先级的就绪任务有轮流得到处理机控制权的机会，多任务系统对它们采取了循环调度的策略，即将选中投入运行任务的任务控制块从就绪队列上原来位置移到同一优先级任务控制块的最末尾，这样，当任务调度程序下次扫视就绪队列时，此任务的任务控制块已成为同优先级任务任务控制块中的最后一个，从而也最后得到处理机；

Java操作系统中在封锁中断状态下工作，就绪队列上任务控制块是程序的操作对象，各控制块中信息不允许在调度进行过程中发生变化，故进入程序立即封锁中断，以保证多任务调度程序执行过程中不会被打断；

然后依次扫描就绪队列上各任务控制块，若发现处于就绪状态的任务，根据同优先级任务循环调度原则，选出当前的活动任务控制块，调度程序负责恢复投入运行任务的现场，这包括有关状态字、指令计数器和各寄存器内容。

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