CN106293902A - 一种处理器调度方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于通信技术领域，提供了一种处理器调度方法及系统，该方法包括：接收线程优先级或时间片修改指令；修改线程的优先级或时间片并获取处于就绪状态且优先级最高的线程；当前处于运行状态的线程退出内核独占区时，将所述处于就绪状态且优先级最高的线程按照其时间片长短在处理器中执行。本发明融合了优先级强制机制和时间片轮转机制，在不同优先级的线程间采用优先级抢占机制，在相同优先级线程间采用时间片轮转机制，因为是基于线程的调度机制，所以线程间切换所消耗的资源很小，因此，其提升了不同和相同优先级线程之间在占有CPU的切换效率，也兼顾了线程间占有处理器资源的公平性，系统实时性高。

Description

一种处理器调度方法及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种处理器调度方法及系统。

背景技术

双系统智能终端可以同时运行2个独立的系统(例如安全系统和标准系统)，两个系统的应用也都是独立的。这两个系统都是运行在虚拟层之上的，并且该虚拟层进行处理器调度时候，所采用的处理器调度算法是基于进程优先级的调度算法。进程处于生存周期里有三种状态：就绪、执行和阻塞，这三种状态之间的切换都由进程调度程序控制。进程通常被定义为一个正在运行的程序的实例，它是资源分配的单位，进程可以支持多个线程，一个进程中的多个线程共享相同的内存地址空间。

因为现有的双系统智能终端是基于进程优先级的调度算法，而进程间切换会比较消耗资源，所以进程间切换频繁的话，效率会比较差，处理器资源的利用率就不会很高。并且当最高优先级任务在运行时，它将持续占有CPU直到结束或阻塞，否则其他任务无法获得运行机会，因此系统的实时性会比较差。

综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

发明内容

针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种处理器调度方法及系统，其提升了不同和相同优先级线程之间在占有CPU的切换效率，也兼顾了线程间占有处理器资源的公平性，系统实时性高。

为了实现上述目的，本发明提供一种处理器调度方法，所述方法包括如下步骤：

接收线程优先级或时间片修改指令；

修改线程的优先级或时间片并获取处于就绪状态且优先级最高的线程；

当前处于运行状态的线程退出内核独占区时，将所述处于就绪状态且优先级最高的线程按照其时间片长短在处理器中执行。

根据本发明的处理器调度方法，所述修改线程的优先级或时间片并获取处于就绪状态且优先级最高的线程的步骤之后还包括：

判断所述处于就绪状态且优先级最高的线程的优先级是否比所述当前处于运行状态的线程的优先级高；

若是则所述处理器内核中断执行所述当前处于运行状态的线程，否则等待所述当前处于运行状态的线程的时间片结束。

根据本发明的处理器调度方法，所述方法还包括：

在所述处于就绪状态且优先级最高的线程具有多个时，按照各线程的时间片比例轮流在所述处理器中执行。

根据本发明的处理器调度方法，判断所述处于就绪状态且优先级最高的线程的优先级是否比所述当前处于运行状态的线程的优先级高的步骤之前还包括：

检查函数是否被线程调度以及所述处理器内核是否允许线程调度，若是则计算处于就绪状态的线程的最高优先级。

根据本发明的处理器调度方法，修改线程的优先级或时间片并获取处于就绪状态且优先级最高的线程的步骤包括：

判断待修改优先级的线程的状态；

若所述待修改优先级的线程为就绪状态，则在修改所述线程的优先级后获取处于就绪状态且优先级最高的线程；

若所述待修改优先级的线程不为就绪状态，则等待当前处于运行状态的线程退出内核独占区。

本发明相应提供一种处理器调度系统，所述系统包括：

指令接收模块，用于接收线程优先级或时间片修改指令；

处理模块，用于修改线程的优先级或时间片并获取处于就绪状态且优先级最高的线程；

执行模块，用于当前处于运行状态的线程退出内核独占区时，将所述处于就绪状态且优先级最高的线程按照其时间片长短在处理器中执行。

根据本发明的处理器调度系统，所述处理模块还包括第一判断单元，所述第一判断单元用于判断所述处于就绪状态且优先级最高的线程的优先级是否比所述当前处于运行状态的线程的优先级高；

所述执行模块还用于所述处于就绪状态且优先级最高的线程的优先级比所述当前处于运行状态的线程的优先级高时，请求所述处理器内核中断执行所述当前处于运行状态的线程，否则等待所述当前处于运行状态的线程的时间片结束。

根据本发明的处理器调度系统，所述执行模块还用于在所述处于就绪状态且优先级最高的线程具有多个时，按照各线程的时间片比例轮流在所述处理器中执行。

根据本发明的处理器调度系统，所述处理模块还包括检查单元，用于检查函数是否被线程调度以及所述处理器内核是否允许线程调度，若是所述处理模块则计算处于就绪状态的线程的最高优先级。

根据本发明的处理器调度系统，所述处理模块还包括第二判断单元，所述第二判断单元用于判断待修改优先级的线程的状态；

所述执行模块还用于在所述待修改优先级的线程为就绪状态时，在修改所述线程的优先级后获取处于就绪状态且优先级最高的线程；

所述执行模块还用于在所述待修改优先级的线程不为就绪状态时，则等待当前处于运行状态的线程退出内核独占区。

本发明通过修改线程的优先级或时间片并获取处于就绪状态且优先级最高的线程，当前处于运行状态的线程退出内核独占区时，将处于就绪状态且优先级最高的线程按照其时间片长短在处理器中执行。本发明融合了优先级强制机制和时间片轮转机制，在不同优先级的线程间采用优先级抢占机制，在相同优先级线程间采用时间片轮转机制，因为是基于线程的调度机制，所以线程间切换所消耗的资源很小，因此，其提升了不同和相同优先级线程之间在占有CPU的切换效率，也兼顾了线程间占有处理器资源的公平性，系统实时性高。

附图说明

图1是本发明一种处理器调度系统的原理框图；

图2是本发明一种实施例中动态修改线程优先级的流程图；

图3是本发明一种实施例中动态修改线程时间片的流程图；

图4是本发明一种处理器调度方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供一种处理器调度系统100，系统100可应用于双系统智能终端中，该智能终端可以是手机、PDA(Personal Digital Assistant，个人数字助理)、平板电脑等通信终端。该系统100可以是内置于移动终端的软件单元，硬件单元或软硬件结合单元。该系统100包括指令接收模块10、处理模块20以及执行模块30。

指令接收模块10，用于接收线程优先级或时间片修改指令。线程的优先级和时间片是在建立的时候分配的，但线程在程序运行期间动态实时修改优先级和时间片。例如在进入代码的关键部分之前(在此期间，线程常常使用由锁定控制的共享资源)，线程常常请求提高优先级，以降低在执行关键部分时线程被抢险的可能性，当线程完成代码的关键部分之后，锁定被释放，线程的优先级被操作系统重置。在双系统移动终端的安全系统和标准系统同时有多个进程存在的情况下，会进行线程调度修改优先级和时间片。线程调度是指按照特定机制为多个线程分配处理器的使用权。

处理模块20，用于修改线程的优先级或时间片并获取处于就绪状态且优先级最高的线程。在修改某个线程的优先级后，线程缓冲池内的线程优先级排序会发生变化，此时需要选择处于就绪状态且优先级最高的线程待执行。

执行模块30，用于当前处于运行状态的线程退出内核独占区时，将处于就绪状态且优先级最高的线程按照其时间片长短在处理器中执行。在处于就绪状态且优先级最高的线程具有多个时，执行模块30按照各线程的时间片比例轮流在处理器中执行。具体的，每一个线程具有一时间片，其占用内核独占区的时间由该时间片决定。当前处于运行状态的线程时间片结束时退出处理器的内核独占区，处于就绪状态且优先级最高的线程进入内核独占区占用处理器资源。

处理模块20还包括第一判断单元21，第一判断单元21用于判断处于就绪状态且优先级最高的线程的优先级是否比当前处于运行状态的线程的优先级高；执行模块30还用于处于就绪状态且优先级最高的线程的优先级比当前处于运行状态的线程的优先级高时，请求处理器内核中断执行当前处于运行状态的线程，否则等待当前处于运行状态的线程的时间片结束。具体的，每个线程被分配一个优先级，优先级高的线程只要进入了就绪态，就可以立即执行。除了优先级最高的那个线程外，其他线程在执行过程中随时都可能停下来，让给优先级更高的线程先执行，从而能保证系统的实时性。

处理模块20还包括检查单元22，检查单元22用于检查函数是否被线程调度以及处理器内核是否允许线程调度，若是处理模块20则计算处于就绪状态的线程的最高优先级。

处理模块20还包括第二判断单元23，第二判断单元用于判断待修改优先级的线程的状态，执行模块30还用于在待修改优先级的线程为就绪状态时，在修改线程的优先级后获取处于就绪状态且优先级最高的线程。执行模块30还用于在待修改优先级的线程不为就绪状态时，则等待当前处于运行状态的线程退出内核独占区。具体的，线程包括5个状态：新建状态、就绪状态、运行状态、阻塞状态和死亡状态。新建状态是指新创建了线程对象。就绪状态是该线程变得可运行，等待获取处理器的使用权。运行状态是指获取了处理器使用权正在执行程序代码。阻塞状态是指线程因为某种原因放弃CPU使用权暂时停止运行。死亡状态是指线程执行完了或者因异常退出，该线程结束生命周期。对于就绪状态的优先级被修改后，将会可能出现就绪状态的线程优先级比正在运行线程的优先级高而需要处理器进行线程调度将正在运行的线程退出内核独占区，因此需要计算处于就绪状态优先级最高的线程；而对于其他状态的线程修改了优先级则不需要处理器进行线程调度，只有就绪状态线程才能进入运行状态，因此仅仅就绪状态的线程修改了优先级后才会发生线程调度。

本发明融合了优先级强制机制和时间片轮转机制，在不同优先级的线程间采用优先级抢占机制，在相同优先级线程间采用时间片轮转机制，也即首先根据优先级的高低进行线程调度，在优先级相同的情况先才会根据时间片进行线程调度。因为本发明是基于线程的调度机制，线程间切换所消耗的资源很小，其提升了不同和相同优先级线程之间在占有CPU的切换效率，也兼顾了线程间占有处理器资源的公平性，系统实时性高。

图2是本发明一种实施例中动态修改线程优先级的流程图。该流程包括：

步骤S201，判断线程是否允许被修改优先级。若是则进入步骤S202，否则直接返回。默认情况下线程优先级是可以修改的，但是可以修改参数，使其优先级不可修改。所以，默认情况下线程允许修改优先级。

步骤S202，内核进入独占区。程序中有调用内核代码，并且调用部分处于独占区。

步骤S203，判断线程是否处于就绪状态。若是则进入步骤S205，否则进入步骤S204。具体的判断待修改优先级的线程是否为就绪状态。线程状态包括：新建状态、就绪状态、运行状态、阻塞状态和死亡状态。

步骤S204，直接修改线程的优先级，并进入步骤S210。对于新建状态、运行状态、阻塞状态和死亡状态的线程可以直接修改优先级。并且处于阻塞状态的线程有单独的函数来处理，可以使得处于阻塞状态的线程快速进入就绪状态。由于仅处于就绪状态的线程才有可能进入运行状态，其他状态只有先进入就绪状态才可能进入运行状态，因此修改了非就绪状态的线程的优先级后直接等待内核退出独占区。

步骤S205，修改就绪状态线程的优先级。

步骤S206，判断函数是否被线程调用且内核是否允许线程调度。若是则进入步骤S207，否则进入步骤S210。

步骤S207，获取处于就绪状态线程的最高优先级。在本发明中首先判断函数是否被线程调用且内核是否允许线程调度，在均允许的情况下才进行计算最高优先级，计算最高优先级的目的就是为了进行线程调度，若不允许进行线程调度则没有进行优先级计算的必要。

步骤S208，判断处于最高就绪优先级是否比当前运行线程的优先级高。若是则进入步骤S209，否则进入步骤S210。具体的，判断处于最高优先级的就绪状态线程的优先级是否比当前运行的线程的优先级高。

步骤S209，请求线程调度。最高优先级的就绪状态线程的优先级比当前运行的线程的优先级高，则向处理器内核申请线程调度，使正在运行的线程退出独占区，让给优先级更高的线程先执行。最高优先级的就绪状态线程的优先级比当前运行的线程的优先级低，表示该优先级低的线程不被调度。

步骤S210，内核退出独占区。内核代码退出独占区后可能发生中断，在中断退出时可能发生线程调度。

图3是本发明一种实施例中动态修改线程时间片的流程图。该流程包括：

步骤S301，内核进入独占区。

步骤S302，判断线程时间片长度是否可修改。若是则进入步骤S303，否则进入步骤S304。

步骤S303，修改线程时间片长度。

步骤S204，内核退出独占区。

图4是本发明一种处理器调度方法的流程图，该方法通过如图1所示的系统100实现，该方法包括：

步骤S401，接收线程优先级或时间片修改指令。本步骤通过指令接收模块10实现。

步骤S402，修改线程的优先级或时间片并获取处于就绪状态且优先级最高的线程。本步骤通过处理模块20实现。

步骤S403，当前处于运行状态的线程退出内核独占区时，将处于就绪状态且优先级最高的线程按照其时间片长短在处理器中执行。本步骤通过执行模块30实现。

优选的是，该方法还包括：在处于就绪状态且优先级最高的线程具有多个时，按照各线程的时间片比例轮流在处理器中执行。

优选的是，步骤S402之后还包括：判断处于就绪状态且优先级最高的线程的优先级是否比当前处于运行状态的线程的优先级高；若是则处理器内核中断执行当前处于运行状态的线程，否则等待当前处于运行状态的线程的时间片结束。判断处于就绪状态且优先级最高的线程的优先级是否比当前处于运行状态的线程的优先级高的步骤之前还包括：检查函数是否被线程调度以及处理器内核是否允许线程调度，若是则计算处于就绪状态的线程的最高优先级。

优选的是，步骤S402包括：判断待修改优先级的线程的状态；若待修改优先级的线程为就绪状态，则在修改线程的优先级后获取处于就绪状态且优先级最高的线程；若待修改优先级的线程不为就绪状态，则等待当前处于运行状态的线程退出内核独占区。

综上所述，的线程，当前处于运行状态的线程退出内核独占区时，将处于就绪状态且优先级最高的线程按照其时间片长短在处理器中执行。本发明融合了优先级强制机制和时间片轮转机制，在不同优先级的线程间采用优先级抢占机制，在相同优先级线程间采用时间片轮转机制，因为是基于线程的调度机制，所以线程间切换所消耗的资源很小，因此，其提升了不同和相同优先级线程之间在占有CPU的切换效率，也兼顾了线程间占有处理器资源的公平性，系统实时性高。

当然，本发明还可有其它多种实施例，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 (10)

1.一种处理器调度方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

接收线程优先级或时间片修改指令；

修改线程的优先级或时间片并获取处于就绪状态且优先级最高的线程；

当前处于运行状态的线程退出内核独占区时，将所述处于就绪状态且优先级最高的线程按照其时间片长短在处理器中执行。

2.根据权利要求1所述的处理器调度方法，其特征在于，所述修改线程的优先级或时间片并获取处于就绪状态且优先级最高的线程的步骤之后还包括：

判断所述处于就绪状态且优先级最高的线程的优先级是否比所述当前处于运行状态的线程的优先级高；

若是则所述处理器内核中断执行所述当前处于运行状态的线程，否则等待所述当前处于运行状态的线程的时间片结束。

3.根据权利要求1所述的处理器调度方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述处于就绪状态且优先级最高的线程具有多个时，按照各线程的时间片比例轮流在所述处理器中执行。

4.根据权利要求2所述的处理器调度方法，其特征在于，判断所述处于就绪状态且优先级最高的线程的优先级是否比所述当前处于运行状态的线程的优先级高的步骤之前还包括：

检查函数是否被线程调度以及所述处理器内核是否允许线程调度，若是则计算处于就绪状态的线程的最高优先级。

5.根据权利要求1所述的处理器调度方法，其特征在于，修改线程的优先级或时间片并获取处于就绪状态且优先级最高的线程的步骤包括：

判断待修改优先级的线程的状态；

若所述待修改优先级的线程为就绪状态，则在修改所述线程的优先级后获取处于就绪状态且优先级最高的线程；

若所述待修改优先级的线程不为就绪状态，则等待当前处于运行状态的线程退出内核独占区。

6.一种处理器调度系统，其特征在于，所述系统包括：

指令接收模块，用于接收线程优先级或时间片修改指令；

处理模块，用于修改线程的优先级或时间片并获取处于就绪状态且优先级最高的线程；

执行模块，用于当前处于运行状态的线程退出内核独占区时，将所述处于就绪状态且优先级最高的线程按照其时间片长短在处理器中执行。

7.根据权利要求6所述的处理器调度系统，其特征在于，所述处理模块还包括第一判断单元，所述第一判断单元用于判断所述处于就绪状态且优先级最高的线程的优先级是否比所述当前处于运行状态的线程的优先级高；

所述执行模块还用于所述处于就绪状态且优先级最高的线程的优先级比所述当前处于运行状态的线程的优先级高时，请求所述处理器内核中断执行所述当前处于运行状态的线程，否则等待所述当前处于运行状态的线程的时间片结束。

8.根据权利要求6所述的处理器调度系统，其特征在于，所述执行模块还用于在所述处于就绪状态且优先级最高的线程具有多个时，按照各线程的时间片比例轮流在所述处理器中执行。

9.根据权利要求7所述的处理器调度系统，其特征在于，所述处理模块还包括检查单元，用于检查函数是否被线程调度以及所述处理器内核是否允许线程调度，若是所述处理模块则计算处于就绪状态的线程的最高优先级。

10.根据权利要求6所述的处理器调度系统，其特征在于，所述处理模块还包括第二判断单元，所述第二判断单元用于判断待修改优先级的线程的状态；

所述执行模块还用于在所述待修改优先级的线程为就绪状态时，在修改所述线程的优先级后获取处于就绪状态且优先级最高的线程；

所述执行模块还用于在所述待修改优先级的线程不为就绪状态时，则等待当前处于运行状态的线程退出内核独占区。