CN111930488A - 一种操作系统任务调度的优先级继承方法及系统 - Google Patents

一种操作系统任务调度的优先级继承方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种操作系统任务调度的优先级继承方法及系统，本发明实施例的Linux系统在调度不同优先级的同步任务时，采用优先级继承策略过程中，将其中低优先级的任务一的优先级设置为与高优先级的任务二的优先级相同后，将所述任务一插入到高优先级的就绪队列的队头，从而使得所述任务一在Linux系统调度高优先级的就绪队列的任务时，最先被调度运行后，紧接着调度任务二，而不是采用默认的方式：将任务二挂起，任务一放在就绪队列末尾等待被调度。更进一步地，在执行上述过程之前，还对高优先级的就绪队列的任务个数进行判断，当判断大于设置的阈值时，再执行。因此，本发明实施例提供的方法及系统在调度运行包括不同优先级的同步任务时，减少了延迟。

Description

一种操作系统任务调度的优先级继承方法及系统
技术领域
本发明涉及设备的操作系统执行技术领域，特别涉及一种操作系统任务调度的优先级继承方法及系统。
背景技术
诸如计算机或嵌入式器件等设备通常是由硬件部分和软件部分组成，是能够独立运行并执行各种功能的设备。其中，设备中的软件部分包括软件运行环境及其操作系统，硬件部分包括处理器、存储器、通信模块等硬件单元。上述结构的设备被广泛应用在日常生活、工业控制、航空航天及军事等方面。
通常，设备采用开源的操作系统，比如Linux系统等管理和控制设备中的硬件资源和软件资源，调度任务执行。设备的Linux系统常用的调度策略有先进先出调度方式（SCHED_FIFO）及固定时间片调度方式（SCHED_RR）及最先结束优先方式（SCHED_DEADLIN）等。具体地说，SCHED_FIFO中，要调度的任务进行优先级分级，范围从1（低）到99（高），在该方式下，以先进先出的顺序，任务一直运行完成或有更高优先级的任务抢占Linux系统的资源以执行；SCHED_RR，任务以固定时间片方式运行，时间片结束，调度下一个任务；SCHED_DEADLINE：以全局任务中，以运行最先结束的任务的优先执行方式来调度任务。
在设备的Linux系统对任务进行调度时，特别是在SCHED_FIFO及SCHED_RR下，为了防止发生所执行的任务优先级翻转，通常采用优先级继承的方式进行调度。采用优先级继承方式进行调度的过程如图1所示，其具体步骤包括：
步骤101、Linux系统调度运行低优先级L的任务一，任务一持有互斥量R；
在本步骤中，互斥量R是访问共享资源的请求标识，以表示任务一请求访问共享资源；
步骤102、Linux系统识别到高优先级H1的任务二要抢占调度运行，且任务二与任务一是同步任务，任务二持有互斥量R；
在本步骤中，由于任务二也持有互斥量R，所以表示任务二也请求访问与任务一正在访问的相同共享资源；
在该步骤中，任务二设置在优先级为H的就绪队列中，且顺序排在第一位，记为高优先级H1；
在该步骤中，Linux系统还识别到在运行的任务一还持有互斥量R，并没有释放互斥量R；
步骤103、Linux系统将任务二缓存到等待队列中，且将任务一的优先级设置为高优先级H；
在本步骤中，为了防止其他比任务一的优先级别高的任务抢占Linux系统的资源进行运行，也就是发生优先级反转，采用了优先级继承策略，将任务一的优先级提高，提高到任务二的优先级；
步骤104、Linux系统将任务一加入到高优先级别的就绪队列的末位，等待调度；
步骤105、Linux系统按照顺序将就绪队列中的任务一一调度，直到任务一被调度完成，任务一释放持有的互斥量R；
步骤106、Linux系统控制等待队列中的任务二加入到就绪队列中，等待被调度运行。
在该方法中，整个调度过程是Linux系统的调度器完成的。
采用上述方法，当遇到高低优先级任务同步执行时，即高低优先级任务共同完成一个项目，需要访问同一共享资源时，如果高优先级级别的就绪队列中的任务个数较大时，该同步执行操作会等待很长时间，会很大程度上延迟同步任务的执行。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种操作系统任务调度的优先级继承方法，该方法能够在Linux系统在调度运行包不同优先级的同步任务时，减少延迟。
本发明实施例还提供一种操作系统任务调度的优先级继承系统，该系统能够在Linux系统在调度运行包括不同优先级的同步任务时，减少延迟。
本发明实施例是这样实现的：
一种操作系统任务调度的优先级继承方法，所述方法包括：
设置待Linux系统调度运行的包括任务一和任务二的同步任务，且任务一的优先级低于任务二的优先级；
Linux系统在调度运行任务一过程中，识别到任务二抢占调度运行，确认任务一和任务二是同步任务；
Linux系统将任务一的优先级调高到任务二的优先级，将所述任务一置于与任务二相同的优先级的就绪队列的队头；
Linux系统按照顺序调度就绪队列中的任务，调度任务一运行完后，将就绪队列中的任务二进行调度运行。
较佳地，所述Linux系统将任务一的优先级调高到任务二的优先级还包括：
任务一的优先级调到与任务二相同的优先级，且执行顺序在任务二之前，
Linux系统判断所述就绪队列的任务个数超过设置的阈值。
较佳地，所述方法还包括：
Linux系统判断所述就绪队列的任务个数不超过设置的阈值时，将任务二缓存到等待队列中，将任务一的优先级调高到任务二的优先级，将任务一加入到高优先级别的就绪队列的末位，等待调度；
Linux系统按照顺序将就绪队列中的任务一一调度，直到任务一被调度完成后，再将等待队列中的任务二加入到就绪队列中，等待被调度运行。
较佳地，所述任务一与所述任务二持有相同的互斥量，用于访问相同的共享资源。
较佳地，所述调度运行是在Linux系统的调度器的控制下完成的。
较佳地，所述Linux系统采用先进先出调度方式SCHED_FIFO或固定时间片调度方式SCHED_RR进行任务调度运行。
一种操作系统任务调度的优先级继承系统，包括：设置单元、调度单元及就绪队列存储单元，其中，
设置单元，用于设置待Linux系统调度运行的包括任务一和任务二的同步任务，且任务一的优先级低于任务二的优先级；
调度单元，用于在调度运行任务一过程中，识别到任务二抢占调度运行，确认任务一和任务二是同步任务；将任务一的优先级调高到任务二的优先级，将所述任务一置于与任务二相同的优先级的就绪队列的队头；按照顺序调度就绪队列中的任务，调度任务一运行完后，将就绪队列中的任务二进行调度运行；
就绪队列存储单元，用于在调度单元的控制下，将任务一存储到就绪队列的队头。
较佳地，所述调度单元，还用于将任务一的优先级调到与任务二相同的优先级，且执行顺序在任务二之前，判断所述就绪队列的任务个数超过设置的阈值。
较佳地，所述调度单元，还用于判断所述就绪队列的任务个数不超过设置的阈值时，将任务二缓存到等待队列中，将任务一的优先级调高到任务二的优先级，将任务一加入到高优先级别的就绪队列的末位，等待调度；按照顺序将就绪队列中的任务一一调度，直到任务一被调度完成后，再将等待队列中的任务二加入到就绪队列中，等待调度运行。
如上所见，本发明实施例的Linux系统在调度不同优先级的同步任务时，采用优先级继承策略过程中，将其中低优先级的任务一的优先级设置为与高优先级的任务二的优先级相同后，将所述任务一插入到高优先级的就绪队列的队头，从而使得所述任务一在Linux系统调度高优先级的就绪队列的任务时，最先被调度运行后，紧接着调度任务二，而不是采用默认的方式：将任务二挂起，任务一放在就绪队列末尾等待被调度。更进一步地，在执行上述过程之前，还对高优先级的就绪队列的任务个数进行判断，当判断大于设置的阈值时，再执行。因此，本发明实施例提供的方法及系统在调度运行包括不同优先级的同步任务时，减少了延迟。
附图说明
图1为背景技术提供的采用优先级继承方式进行调度的方法流程图；
图2为本发明实施例提供的一种操作系统任务调度的优先级继承方法流程图；
图3为本发明实施例提供的一种操作系统任务调度的优先级继承方法具体例子的流程图；
图4为本发明实施例提供的一种操作系统任务调度的优先级继承系统结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
本发明实施例为了在Linux系统在调度运行包括不同优先级的同步任务时，减少延迟，采用优先级继承策略过程中，将其中低优先级的任务一的优先级设置为与高优先级的任务二的优先级相同后，将所述任务一插入到高优先级的就绪队列的队头，从而使得所述任务一在Linux系统调度高优先级的就绪队列的任务时，最先被调度运行后，紧接着调度任务二，而不是采用默认的方式：将任务二挂起，任务一放在就绪队列末尾等待被调度。
更进一步地，在执行上述过程之前，还对高优先级的就绪队列的任务个数进行判断，当判断大于设置的阈值时，再执行。这样，就可以当就绪队列中的要执行任务个数比较多时，再执行上述过程，减少了同步任务的运行延迟；而当就绪队列中的任务个数比较少时，就可以按照背景技术中执行，将所述任务一插入到高优先级的就绪队列的队尾，使得所述任务一在Linux系统调度高优先级的就绪队列的任务时，最后被调度运行后，再控制等待队列中的任务二重新加入到就绪队列中，被调度执行。
因此，本发明实施例在调度运行包括不同优先级的同步任务时，减少了延迟，保持Linux系统的原有任务的调度和执行顺序，避免了长时间等待。
图2为本发明实施例提供的一种操作系统任务调度的优先级继承方法流程图，其具体步骤包括：
步骤201、设置待Linux系统调度运行的包括任务一和任务二的同步任务，且任务一的优先级低于任务二的优先级；
步骤202、Linux系统在调度运行任务一过程中，识别到任务二抢占调度运行，确认任务一和任务二是同步任务；
步骤203、Linux系统将任务一的优先级调高到任务二的优先级；
步骤204、Linux系统将所述任务一置于与任务二相同的优先级的就绪队列的队头；
步骤205、Linux系统按照顺序调度就绪队列中的任务，调度任务一运行完；
步骤206、Linux系统将就绪队列中的任务二进行调度运行。
在该方法的步骤203之前，还包括：
Linux系统判断所述就绪队列的任务个数是否超过设置的阈值，如果是，则执行步骤203；如果否，则Linux系统将任务二缓存到等待队列中，将任务一的优先级调高到任务二的优先级，将任务一加入到高优先级别的就绪队列的末位，等待调度；紧接着，Linux系统按照顺序将就绪队列中的任务一一调度，直到任务一被调度完成后，再将等待队列中的任务二加入到就绪队列中，等待被Linux系统调度运行。
在这里，设置的阈值可以根据经验值设置，如果所述就绪队列中没有几个待调度任务，则可以直接采用背景技术提供的方案，当所述就绪队列中的待调度任务多时，在Linux系统调度运行任务一的间隔时间就会比较长，发生延迟，所以则采用本发明实施例提供的方法，避免了任务一被调运行的长时间等待。
在该方法中，Linux系统将任务一的优先级调高到任务二的优先级的具体过程包括：将任务一的优先级调到与任务二相同的优先级，且执行顺序在任务二之前。
在该方法中，所述任务一和所述任务二是同步任务，所述任务一与所述任务二持有相同的互斥量，用于访问相同的共享资源。
所述方法是在Linux系统的调度器控制完成的。
在该方法中，Linux系统对任务进行调度时，采用的是SCHED_FIFO或SCHED_RR的调度方式。
举一个具体例子说明本发明。
图3为本发明实施例提供的一种操作系统任务调度的优先级继承方法具体例子的流程图，任务一和任务二是同步任务，其具体步骤包括：
步骤301、Linux系统调度运行低优先级L的任务一，任务一持有互斥量R；
在本步骤中，互斥量R是访问共享资源的请求标识，以表示任务一请求访问共享资源；
步骤302、Linux系统识别到高优先级H1的任务二要抢占调度运行，且任务二与任务一是同步任务，任务二持有互斥量R；
在本步骤中，由于任务二也持有互斥量R，所以表示任务二也请求访问与任务一正在访问的相同共享资源；
在该步骤中，任务二设置在优先级为H的就绪队列中，且顺序排在第一位，记为高优先级H1；
在该步骤中，Linux系统还识别到在运行的任务一还持有互斥量R，并没有释放互斥量R；
步骤303、Linux系统判断优先级为H的就绪队列中的任务个数是否超过设置的阈值，如果是，则执行步骤307；如果否，则执行步骤304；
步骤304、Linux系统将任务二缓存到等待队列中，且将任务一的优先级设置为高优先级H，将任务一加入到高优先级别的就绪队列的末位，等待调度；
在本步骤中，为了防止其他比任务一的优先级别高的任务抢占Linux系统的资源进行运行，也就是发生优先级反转，采用了优先级继承策略，将任务一的优先级提高，提高到任务二的优先级；
步骤305、Linux系统按照顺序将就绪队列中的任务一一调度，直到任务一被调度完成，任务一释放持有的互斥量R；
步骤306、Linux系统控制等待队列中的任务二加入到就绪队列中，等待被调度运行；
步骤307、Linux系统将任务一的优先级设置为高优先级H，将任务一加入到高优先级别的就绪队列的首位；
步骤308、Linux系统按照顺序将就绪队列中的任务一一调度，任务一被首先调度完成，任务一释放持有的互斥量R；
步骤309、Linux系统将就绪队列中的任务二调度运行。
在该例子中，高优先级H的就绪队列中包括多个高优先级的多个任务，可以记为H1、H2、…Hn，所述就绪队列是先进先出的队列。
图4为本发明实施例提供的一种操作系统任务调度的优先级继承系统结构示意图该系统设置在Linux系统中，包括：设置单元、调度单元及就绪队列存储单元，其中，
设置单元，用于设置待Linux系统调度运行的包括任务一和任务二的同步任务，且任务一的优先级低于任务二的优先级；
调度单元，用于在调度运行任务一过程中，识别到任务二抢占调度运行，确认任务一和任务二是同步任务；将任务一的优先级调高到任务二的优先级；将所述任务一置于与任务二相同的优先级的就绪队列的队头；按照顺序调度就绪队列中的任务，调度任务一运行完后，将就绪队列中的任务二进行调度运行；
就绪队列存储单元，用于在调度单元的控制下，将任务一存储到就绪队列的队头。
在该系统中，调度单元，还用于判断所述就绪队列的任务个数是否超过设置的阈值，如果是，则按照上述过程进行继续调度；如果否，则将任务二缓存到等待队列中，将任务一的优先级调高到任务二的优先级，将任务一加入到高优先级别的就绪队列的末位，等待调度；按照顺序将就绪队列中的任务一一调度，直到任务一被调度完成后，再将等待队列中的任务二加入到就绪队列中，等待调度运行。
在该系统中，调度单元，还用于将任务一的优先级调到与任务二相同的优先级，且执行顺序在任务二之前。
可以看出，本发明实施例可以在优先级继承下的同步任务优先执行的过程中，减少延迟。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种操作系统任务调度的优先级继承方法，其特征在于，所述方法包括：
设置待Linux系统调度运行的包括任务一和任务二的同步任务，且任务一的优先级低于任务二的优先级；
Linux系统在调度运行任务一过程中，识别到任务二抢占调度运行，确认任务一和任务二是同步任务；
Linux系统将任务一的优先级调高到任务二的优先级，将所述任务一置于与任务二相同的优先级的就绪队列的队头；
Linux系统按照顺序调度就绪队列中的任务，调度任务一运行完后，将就绪队列中的任务二进行调度运行。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Linux系统将任务一的优先级调高到任务二的优先级还包括：
任务一的优先级调到与任务二相同的优先级，且执行顺序在任务二之前，
Linux系统判断所述就绪队列的任务个数超过设置的阈值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
Linux系统判断所述就绪队列的任务个数不超过设置的阈值时，将任务二缓存到等待队列中，将任务一的优先级调高到任务二的优先级，将任务一加入到高优先级别的就绪队列的末位，等待调度；
Linux系统按照顺序将就绪队列中的任务一一调度，直到任务一被调度完成后，再将等待队列中的任务二加入到就绪队列中，等待被调度运行。
4.如权利要求1~3任一所述的方法，其特征在于，所述任务一与所述任务二持有相同的互斥量，用于访问相同的共享资源。
5.如权利要求1~3任一所述的方法，其特征在于，所述调度运行是在Linux系统的调度器的控制下完成的。
6.如权利要求1~3任一所述的方法，其特征在于，所述Linux系统采用先进先出调度方式SCHED_FIFO或固定时间片调度方式SCHED_RR进行任务调度运行。
7.一种操作系统任务调度的优先级继承系统，其特征在于，包括：设置单元、调度单元及就绪队列存储单元，其中，
设置单元，用于设置待Linux系统调度运行的包括任务一和任务二的同步任务，且任务一的优先级低于任务二的优先级；
调度单元，用于在调度运行任务一过程中，识别到任务二抢占调度运行，确认任务一和任务二是同步任务；将任务一的优先级调高到任务二的优先级，将所述任务一置于与任务二相同的优先级的就绪队列的队头；按照顺序调度就绪队列中的任务，调度任务一运行完后，将就绪队列中的任务二进行调度运行；
就绪队列存储单元，用于在调度单元的控制下，将任务一存储到就绪队列的队头。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述调度单元，还用于将任务一的优先级调到与任务二相同的优先级，且执行顺序在任务二之前，判断所述就绪队列的任务个数超过设置的阈值。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述调度单元，还用于判断所述就绪队列的任务个数不超过设置的阈值时，将任务二缓存到等待队列中，将任务一的优先级调高到任务二的优先级，将任务一加入到高优先级别的就绪队列的末位，等待调度；按照顺序将就绪队列中的任务一一调度，直到任务一被调度完成后，再将等待队列中的任务二加入到就绪队列中，等待调度运行。
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