CN101216792B - 实时操作系统的任务管理方法、装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实时操作系统的任务管理方法、装置及实时操作系统，该实时操作系统的任务管理方法，包括：检查点插入步骤，用于所述实时操作系统在任务运行过程中定期插入检查点，并在检查点保存所述实时操作系统状态及任务执行的现场信息；检查点处理步骤，用于在所述检查周期到时，通过检查点处理程序进行所述实时操作系统的任务管理。本发明使实时操作系统对上层应用的可靠性提供了有力的保证措施，可提高整个系统的可靠性。

Description

实时操作系统的任务管理方法、装置

技术领域

本发明属于实时操作系统领域，特别涉及可提高实时操作系统可靠性的一种任务管理方法、装置。

背景技术

一个具有实用价值的操作系统必须具有良好的可靠性，它允许用户在其上进行各种操作，运行各种自定义程序。操作系统可靠性的一个重要指标就是，即使用户进行了非法的操作或运行了非法的程序，操作系统总能将系统引入正常状态，并给用户及用户程序提供纠正错误的机会，从而保证系统长期稳定的正常运行。

传统的实时操作系统主要考虑如何保证系统的实时性能，而对系统容错性、健壮性等影响系统可靠性的关键因素考虑不多。随着实时系统功能的日趋复杂，规模的日益庞大，如何通过实时操作系统来提高实时系统的可靠性已成为一个热点问题。

实时系统软件由实时操作系统与应用程序共同组成。实时操作系统作为系统级的软件，其自身的稳定性一般都比较高，但是，由于传统的实时操作系统没有从系统级别提供对上层应用的可靠性保障机制，同时上层应用程序又千奇百怪、用户输入复杂多变，使得应用程序的运行稳定性无从保证，从而导致整个实时系统的可靠性无法保障。

在任务执行过程中，传统的实时操作系统，不对关键性的实时任务进行定期检查，也不定期保存系统的正常状态。当任务执行出错时，系统已无法回退到之前的正常状态，导致关键任务执行失败，系统无法提供正常的服务。当关键任务执行失败后，由于关键任务之前的运行可能已经耗费了大量的运行时间，此时即使再次启动关键任务从入口处重新运行，已不能满足实时系统对任务结束时间的要求了。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种实时操作系统的任务管理方法、装置，使实时操作系统能提供一种针对上层应用的可靠性保障措施，解决现有技术中系统可靠性不高的问题。

为达到上述目的，本发明提供的实时操作系统的任务管理方法，包括：

检查点插入步骤，用于所述实时操作系统在任务运行过程中定期插入检查点，并在检查点保存所述实时操作系统状态及任务执行的现场信息；

检查点处理步骤，用于在检查周期到时，通过检查点处理程序进行所述实时操作系统的任务管理；所述检查点处理步骤包括：

步骤21，当某定时器定时到时，进入检查点处理程序；

步骤22，对该定时器所绑定的任务进行接受测试，若通过所述接受测试，则新生成一个检查点，保存该任务的当前现场信息及系统的当前状态信息，并将新生成的检查点挂入该任务的检查点队列队尾，进入步骤24；若未通过接受测试，则将当前检查点之前最近的一个检查点设为预还原检查点，进入步骤23；其中所述接受测试，是用于检测任务执行时是否出错，该任务的当前状态是否正常；

步骤23，对所述预还原检查点进行还原测试，若所述还原测试通过，用所述预还原检查点所保存的信息恢复实时操作系统状态及任务执行的现场信息，使该任务从该预还原检查点的位置重新执行，进入步骤24；若所述还原测试未通过，将未通过还原测试的检测点的前一个检查点设为预还原检查点，循环执行步骤23；

步骤24，根据检查周期，重新启动定时器；退出所述检查点处理程序，系统继续运行。

上述实时操作系统的任务管理方法，所述检查点插入步骤进一步包括：

步骤11，对所述实时操作系统中的每一个关键性任务，绑定一个周期性的定时器，并设定检查周期；

步骤12，在所述关键性任务启动运行时，同步启动该任务对应的定时器。

上述实时操作系统的任务管理方法，所述现场信息包括：任务的数据变量、任务的上下文环境、任务状态。

上述实时操作系统的任务管理方法，所述关键性任务在被创建时，指定必要的任务信息、对该任务的检查周期、接受测试回调函数及还原测试回调函数。

上述实时操作系统的任务管理方法，所述检查点队列是一个循环队列，当所述检查点的数目达到上限时，最新生成的检查点覆盖最早生成的检查点。

上述实时操作系统的任务管理方法，所述接受测试是否通过，是由所述检查点处理程序调用指定的接受测试回调函数，并根据该接受测试回调函数的返回值来判断的。

上述实时操作系统的任务管理方法，所述预还原检查点是否通过由所述检查点处理程序调用指定的还原测试回调函数，并根据该还原测试回调函数的返回值来判断的。

进一步的，本发明还提供一种采用上述实时操作系统的任务管理方法的装置，包括：

检查点插入模块，用于所述实时操作系统在任务运行过程中定期插入检查点，并在检查点保存所述实时操作系统状态及任务执行的现场信息；

检查点处理模块，用于在检查周期到时，通过检查点处理程序进行所述实时操作系统的任务管理；

所述检查点处理模块包括：一测试模块，用于在某定时器定时到时，对该定时器绑定的任务进行接受测试，并在接受测试未通过时进一步进行还原测试，其中所述接受测试，是用于检测任务执行时是否出错，该任务的当前状态是否正常；

所述测试模块进一步包括：

一检查点生成模块，用于在所述接受测试通过时，新生成一个检查点，保存所述任务的当前现场信息及系统的当前状态信息，并将新生成的检查点挂入该任务的检查点队列队尾；

一系统恢复模块；用于在所述还原测试通过时，用还原测试通过的预还原检查点所保存的信息恢复实时操作系统状态及任务执行的现场信息。

上述装置，所述检查点插入模块进一步包括一定时器控制模块，用于在所述实时操作系统中每一个关键性任务启动运行时，同步启动该关键性任务绑定的定时器。

与现有技术相比，本发明通过在实时操作系统中引入了检查点，保证上层用户程序在发生错误后可及时被系统感知，并使程序返回到前次正常的状态重新运行。本发明的应用，使实时操作系统对上层应用的可靠性提供了有力的保证措施，可提高整个系统的可靠性。同时，由于检查点的存在，任务的执行过程被分为若干个部分，任务执行失败后仅需从最近的一次检查点重新运行，而不是整个任务的重新执行，这样避免了资源的浪费，并可在一定程度上保证任务的实时性要求。

附图说明

图1是本发明实时操作系统的任务管理方法流程图；

图2是本发明中检查点处理流程示意图；

图3是任务在正常情况下的执行流程示意图；

图4是任务在执行出错后的恢复流程示意图；

图5是本发明采用本发明任务管理装置的实时操作系统示意框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明之目的、方案及功效，但并非作为对本发明所附权利要求保护范围的限制。

本发明提供的实时操作系统的任务管理方法的核心思想：实时操作系统在任务运行过程中定期插入检查点，并在检查点保存系统状态及任务执行的现场信息(如任务的数据变量、任务的上下文环境、任务状态等)，以便在任务执行出错后，将任务回退到之前最近的正常状态重新执行。在检查点保存任务信息前，需进行接受测试，若测试通过，表明任务运行正常，此时所保存的任务现场信息是可信的、正确的。同时，操作系统在恢复任务的现场前，也必须对相应的检查点进行还原测试，若还原测试通过，表明任务从该检查点恢复后能返回到正常的状态否则说明该检查点所保存的信息已经不能使任务恢复到一个正常的状态此时需要重新选择检查点直到还原测试通过再恢复任务现场。

参考图1，本发明提供的实时操作系统的任务管理方法包括：

步骤S10：检查点插入步骤，用于所述实时操作系统在任务运行过程中定期插入检查点，并在检查点保存所述实时操作系统状态及任务执行的现场信息；

步骤S20：检查点处理步骤，用于在所述检查周期到时，通过检查点处理程序进行所述实时操作系统的任务管理。

参考图1：上述步骤S10进一步包括：

步骤S101，对系统中的每一个关键性的任务，绑定一个周期性的定时器，设定周期。

步骤S102，任务启动运行时，同步启动对应的定时器。

参考图2，上述步骤S20进一步包括：

步骤S201，当某定时器的一个周期结束，进入检查点处理程序。

步骤S202，在检查点处理程序中，对当前定时器所绑定的任务进行接受测试，检查任务执行是否出现错误，任务当前状态是否正常。

步骤S203，若任务通过了接受测试，表明任务目前运行正常，则保存该任务的当前现场信息及系统的当前状态信息，并作为最新的检查点挂入该任务的检查点队列队尾。转步骤S207；

步骤S204；若任务未通过接受测试，则将当前检查点之前的最近的一个检查点设为预还原检查点，准备进行还原测试；

步骤S205，对预还原检查点进行还原测试，若还原测试通过，用预还原检查点所保存的信息，恢复任务状态及现场，使任务能从该检查点的位置重新执行。转步骤207；

步骤S206，若还原测试未通过，将未通过还原测试的检查点的前一个检查点设为预还原检查点，转步骤S205；

步骤S207，根据检查周期，重新启动定时器；检查点程序退出，系统继续运行。

下面以数据库操作对可靠性要求比较高的实时操作系统的应用为例进一步描述本发明实时方案。

假设系统中有一个关键性的实时任务，任务名为task_db，该任务提供数据库的相关服务，其根据相关请求将对数据库进行事务性的操作。task_db进行一次完整的数据库事务操作将分为n个步骤依次进行，各步骤的执行有严格的先后关系，下一步骤的执行依赖于前一步骤的执行结果。在正常情况下，任务的执行流程如图1所示，任务周期性的遇到检查点，保存任务现场信息及系统状态，然后继续运行。task_db执行过程中，某些步骤会需要和用户进行交互操作，或等待其他任务为其提供服务。若由于用户操作失误或其他任务提供的服务不能满足task_db的要求，导致后续某个步骤执行失败，则可跳回到之前的正常状态，通过和用户重新交互或使其他任务重新提供服务来实现容错。

由于该任务是关键任务，因此，应用程序创建该任务时除指定必要的任务信息(如任务入口函数及入口参数等)外，还应该指定对该任务的检查周期、接收测试回调函数及还原测试回调函数。操作系统在创建该任务时，会为其绑定一个定时器timer，并根据指定的检查周期(如100毫秒)启动定时器。

系统运行过程中，若没有数据库的相关请求，task_db任务将处于阻塞状态。当系统有数据库操作请求时，task_db任务作为数据库的内核守护线程将会被唤醒执行，task_db将执行一次完成的数据库事务，分n个步骤依次完成。

由于在创建task_db任务时启用了定时器，并指定了所需的检查周期100毫秒，因此，系统每经过100毫秒便会由时钟中断触发检查点处理程序的执行。检查点处理程序首先调用应用程序指定的接受测试回调函数，根据接受测试回调函数的返回值来判断task_db任务的执行是否正常。若任务此时执行正常，则新生成一个检查点，其中保存task_db任务执行的现场信息及系统状态，并将该检查点加入到该任务的检查点队列的队尾，以便任务以后出错时恢复所用。任务检查点队列是一个循环队列，当检查点数目到达上限时，最新生成的检查点会覆盖最早生成的检查点。若任务已经执行出错，则取出最近一次保存的检查点，设置其为预还原检查点，并调用还原测试回调函数来判断预还原检查点的有效性。如果还原测试通过，则利用预还原检查点中保存的信息，来恢复task_db任务。如果还原测试不通过，则从队列中删除该检查点，并重新选择预还原检查点(始终取检查点队列中最后一次保存的检查点)，直到找到一个能通过还原测试的检查点，并恢复task_db任务的现场信息。因此，当检查点处理函数返回时，task_db任务再次被调度运行时，其就从离当前时间最近的正常状态开始执行。

参考图3和图4，再看task_db任务的执行情况。假设task_db任务在进行某个数据库事务时已经通过了3个检查点，保存了3次正常的状态。此时，task_db任务在执行第4个步骤时需要和用户进行交互性操作，假设用户在步骤4中进行了一些错误的操作，这些操作会导致task_db任务执行出错或状态混乱。则当任务进入第4个检查点后，检查点处理程序调用出错检查回调函数后发现任务状态异常，表明任务的执行已经出现错误，则将第3个检查点作为预还原检查点进行还原测试，如果测试通过，表明task_db任务退回到检查点3的状态，系统就能恢复正常，则将task_db任务恢复到第3个检查点保存的状态，包括当时的寄存器信息、环境变量、内存情况等等。task_db任务恢复检查点3的状态后，将接着执行步骤4(好像之前没有执行过步骤4一样)，再次进行和用户的交互性操作。这样用户前次的错误操作将被丢弃，用户可继续进行正常的交互，task_db任务可继续进行后续的步骤。同时，检查点程序照常每100毫秒检查一次任务的运行状态。当task_db任务的所有步骤执行完毕，即本次事务正常结束后，保存的task_db任务的所有检查点信息将被全部清除。

参考图5，本发明进一步提供了一种采用上述方法的任务管理装置500，应用于实时操作系统50，该任务管理装置500包括：检查点插入模块501，用于所述实时操作系统在任务运行过程中定期插入检查点，并在检查点保存所述实时操作系统状态及任务执行的现场信息；检查点处理模块502，用于在所述检查周期到时，通过检查点处理程序进行所述实时操作系统的任务管理。

上述检查点插入模块501进一步包括一定时器控制模块511，用于在所述实时操作系统中每一个关键性任务启动运行时，同步启动该关键性任务绑定的定时器。上述检查点处理模块502进一步包括：一测试模块521，用于在某定时器定时到时，对该定时器绑定的任务进行接受测试，并在接受测试未通过时进一步进行还原测试。该测试模块进一步包括：一检查点生成模块5211，用于在所述接受测试通过时，新生成一个检查点，保存所述任务的当前现场信息及系统的当前状态信息，并将新生成的检查点挂入该任务的检查点队列队尾；一系统恢复模块5212；用于在所述还原测试通过时，用还原测试通过的预还原检查点所保存的信息恢复任务状态及现场。

应用上述任务管理装置的实时操作系统50，还包括一任务配置模块600，用于在每一个关键性任务被创建时，配置必要的任务信息、对该任务的检查周期、接受测试回调函数及还原测试回调函数。

本发明通过在操作系统中增加检查点，定期对系统状态及各任务的执行情况进行监控与保存，便于及时发现错误，并在出现错误时采用最小的代价将系统导入正常状态，保证实时系统长期可靠的运行。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种实时操作系统的任务管理方法，其特征在于，包括：

检查点插入步骤，用于所述实时操作系统在任务运行过程中定期插入检查点，并在检查点保存所述实时操作系统状态及任务执行的现场信息；

检查点处理步骤，用于在检查周期到时，通过检查点处理程序进行所述实时操作系统的任务管理；所述检查点处理步骤包括：

步骤21，当某定时器定时到时，进入检查点处理程序；

步骤22，对该定时器所绑定的任务进行接受测试，若通过所述接受测试，则新生成一个检查点，保存该任务的当前现场信息及系统的当前状态信息，并将新生成的检查点挂入该任务的检查点队列队尾，进入步骤24；若未通过接受测试，则将当前检查点之前最近的一个检查点设为预还原检查点，进入步骤23；其中所述接受测试，是用于检测任务执行时是否出错，该任务的当前状态是否正常；

步骤23，对所述预还原检查点进行还原测试，若所述还原测试通过，用所述预还原检查点所保存的信息恢复实时操作系统状态及任务执行的现场信息，使该任务从该预还原检查点的位置重新执行，进入步骤24；若所述还原测试未通过，将未通过还原测试的检测点的前一个检查点设为预还原检查点，循环执行步骤23；

步骤24，根据检查周期，重新启动定时器；退出所述检查点处理程序，系统继续运行。

2.根据权利要求1所述的实时操作系统的任务管理方法，其特征在于，所述检查点插入步骤进一步包括：

步骤11，对所述实时操作系统中的每一个关键性任务，绑定一个周期性的定时器，并设定检查周期；

步骤12，在所述关键性任务启动运行时，同步启动该任务对应的定时器。

3.根据权利要求1所述的实时操作系统的任务管理方法，其特征在于，所述现场信息包括：任务的数据变量、任务的上下文环境、任务状态。

4.根据权利要求2所述的实时操作系统的任务管理方法，其特征在于，所述关键性任务在被创建时，指定必要的任务信息、对该任务的检查周期、接受测试回调函数及还原测试回调函数。

5.根据权利要求1所述的实时操作系统的任务管理方法，其特征在于，所述检查点队列是一个循环队列，当所述检查点的数目达到上限时，最新生成的检查点覆盖最早生成的检查点。

6.根据权利要求1所述的实时操作系统的任务管理方法，其特征在于，所述接受测试是否通过，是由所述检查点处理程序调用指定的接受测试回调函数，并根据该接受测试回调函数的返回值来判断的。

7.根据权利要求1所述的实时操作系统的任务管理方法，其特征在于，所述预还原检查点是否通过由所述检查点处理程序调用指定的还原测试回调函数，并根据该还原测试回调函数的返回值来判断的。

8.一种实时操作系统的任务管理装置，其特征在于，包括：

检查点插入模块，用于所述实时操作系统在任务运行过程中定期插入检查点，并在检查点保存所述实时操作系统状态及任务执行的现场信息；

检查点处理模块，用于在检查周期到时，通过检查点处理程序进行所述实时操作系统的任务管理；

所述检查点处理模块包括：一测试模块，用于在某定时器定时到时，对该定时器绑定的任务进行接受测试，并在接受测试未通过时进一步进行还原测试，其中所述接受测试，是用于检测任务执行时是否出错，该任务的当前状态是否正常；

所述测试模块进一步包括：

一检查点生成模块，用于在所述接受测试通过时，新生成一个检查点，保存所述任务的当前现场信息及系统的当前状态信息，并将新生成的检查点挂入该任务的检查点队列队尾；

一系统恢复模块；用于在所述还原测试通过时，用还原测试通过的预还原检查点所保存的信息恢复实时操作系统状态及任务执行的现场信息。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述检查点插入模块进一步包括一定时器控制模块，用于在所述实时操作系统中每一个关键性任务启动运行时，同步启动该关键性任务绑定的定时器。

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