CN113986484B - 社交软件的任务处理全局调度方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种社交软件的任务处理全局调度方法，步骤一、检测等待队列中是否存在优先级高于当前处理器上执行任务优先级的任务，如果存在则执行步骤二；如果不存在则执行步骤五；步骤二、检测当前处理器执行任务是否发出可抢占信号，如果发出，则执行步骤四；如果未发出，则执行步骤三；步骤三、判断高优先级任务的剩余时间S是否大于0，如果S大于0，则执行步骤五；否则执行步骤四；步骤四、执行抢占操作，并执行步骤六；步骤五、继续执行当前执行任务；步骤六、对下一个处理器执行步骤一，直到检测完所有处理器；步骤七、等待下一个时基。本发明解决了抢占式全局调度任务产生较大抢占开销的技术问题。

Description

社交软件的任务处理全局调度方法
技术领域
本发明涉及一种嵌入式系统任务的调度方法，特别是一种社交软件的任务处理全局调度方法。
背景技术
随着移动互联网的发展，中国的APP开发市场崛起，带动了海量的移动端用户增长，越来越多的人借助手机APP软件处理工作和生活琐事，整个APP开发行业给大家呈现出一遍欣欣向荣的景象。并且随着智能手机和iPad等移动终端设备的普及，人们逐渐习惯了使用应用客户端上网的方式，而目前国内各大电商，均拥有了自己的应用客户端，这标志着，应用客户端的商业使用，已经开始初露锋芒。
目前，智能手机和iPad等移动终端设备随着数据处理需求不断提高，高频处理器的发展受到了散热和集成度的限制。多处理器可以通过提供多个处理器资源满足庞大的处理需求。然而传统的单处理器实时调度策略方法不能直接应用至多处理器环境。因而需要研究多处理器的调度方法以保证各个任务在其期限内完成。
目前，分布调度中任务的系统占用率上限只有50％。而全局调度中任务的系统占用率可以达到100％。但全局调度，尤其是全局最早截止期优先(EDF)调度，需要在所有处理器中寻找有效资源来进行任务分配，因而产生大量的迁移和抢占开销。受系统开销的影响，同样使用EDF优先级分配策略时，全局调度的可调度性比分布调度差。
最早截止期优先调度方法根据任务的绝对截止期分配优先级。使用了这种调度方法的调度器能够在运行时判断出最紧急的任务，并赋予最高优先级。同时，利用抢占式调度器，使高优先级任务能够抢占低优先级任务，从而保证系统的实时性。
完全抢占的抢占式调度器在每一个时基，首先检测等待列表中已经释放的高优先级的任务。如果存在，则使该高优先级任务抢占正在执行的低优先级任务。如果不存在，低优先级任务继续执行。
多处理器中的全局调度器通过一个系统共用的等待队列控制多个处理器。每一个调度时间，调度器分析处理器运行状态，并将等待队列中的高优先级任务在处理器允许的状况下安排至相应处理器上执行。
目前，多处理器中的抢占式全局调度器一般使用完全抢占的方式。然而，抢占会产生抢占开销。完全抢占的全局调度器产生的抢占数量较多，以至于损坏系统的实时性。
发明内容
针对上述技术问题，本发明中提出了一种社交软件的任务处理全局调度方法，使用有限抢占方法以限制抢占数量，从而减少抢占开销。
通常，限制抢占的方法有延迟抢占发生时间和设置可抢占点两种。
使用了延迟抢占发生时间方法的调度器在一次高优先级任务将要抢占低优先级任务之前，记录下这个抢占请求，并阻止该次抢占。经过一个固定时间，调度器重新分析等待列表。如果仍需要发生抢占，调度器允许一次抢占发生。
使用设置可抢占点方法的调度器需要通过接收任务发出的可抢占信号来允许抢占发生。只有发出了信号的任务才可以被高优先级任务抢占。
本发明采用设置可抢占点的限制抢占方法来减少任务抢占数量，有效解决了使用最早截止期优先调度方法的抢占式全局调度器在多处理器平台上调度任务时产生大量抢占开销的技术问题。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种社交软件的任务处理全局调度方法，包括：
步骤一、调度器受时基触发而按顺序检测等待队列中是否存在优先级高于当前处理器上执行任务优先级的任务，如果存在则执行步骤二；如果不存在则执行步骤五；
步骤二、检测当前处理器执行任务是否发出可抢占信号，如果发出，则执行步骤四；如果未发出，则执行步骤三；
步骤三、判断高优先级任务的剩余时间S是否大于0，如果S大于0，则执行步骤五；否则执行步骤四；
步骤四、调度器执行抢占操作，高优先级任务抢占当前处理器的执行任务，并执行步骤六；
步骤五、当前处理器继续执行当前执行任务；
步骤六、调度器对下一个处理器执行步骤一，直到检测完所有处理器；
步骤七、调度器等待下一个时基触发任务调度。
优选的，操作系统的系统时间采用时基记录，每一时基触发一次调度器执行调度任务。
优选的，任务优先级按每个任务的绝对截止期大小动态分配，绝对截止期越小，任务优先级越高。
优选的，每个任务被若干个可抢占点分割为多个不可抢占区间，处理器执行到任务的可抢占点时发出所述可抢占信号。
优选的，所述步骤三中，高优先级任务剩余时间S的计算方法为：S＝dh-Ch-Ql+1；
其中，dh为高优先级任务的绝对截止期，Ch为高优先级任务的最坏执行时间，Ql为当前执行任务的不可抢占区间估计长度。
优选的，当前执行任务的不可抢占区间估计长度的计算方法为：
其中，Qp为当前时刻之前，任务实例实际经历的最大不可抢占时间，dl为当前执行任务的绝对截止期，Cl为当前执行任务的最坏执行时间，m为处理器数量，I为系统时间t之前每个已经完成或正在执行的任务实例的运行时间。
优选的，任务实例运行时间I的计算方法为：其中，Ci为任务的最坏执行时间，Di为任务的相对截止期，Ti为两个任务实例释放的最小时间间隔，i为正整数，表示第i个任务实例。
优选的，所述最大不可抢占区间的长度Qp和任务的最坏执行时间Ci通过系统记录在任务控制模块中。
本发明至少包括以下有益效果：
1、本发明采用设置可抢占点的方法限制抢占发生，保护了系统的实时性；
2、调度器能通过计算任务的剩余时间和最大不可抢占区间长度，由此判断不可抢占时间长度是否会影响系统实时性，从而调整抢占策略，以提高任务的调度性和处理器的运行效率。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明调度方法的流程示意图；
图2为本发明中任务抢占发生方式的示意图；
图3为第一实施例中完全抢占调度和本发明调度方法的抢占数量对比示意图；
图4为第一实施例中完全抢占调度和本发明调度方法的可调度的任务组比率对比示意图；
图5为第二实施例中完全抢占调度和本发明调度方法的抢占数量对比示意图；
图6为第二实施例中完全抢占调度和本发明调度方法的可调度的任务组比率对比示意图；
图7为第三实施例中完全抢占调度和本发明调度方法的抢占数量对比示意图；
图8为第三实施例中完全抢占调度和本发明调度方法的可调度的任务组比率对比示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本发明所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1-2所示，本发明提供了一种社交软件的任务处理全局调度方法，在基于最早截止期优先的抢占式全局调度器中使用了设置可抢占点的方法限制抢占开销，改进后的有限抢占的全局调度器通过接收任务中事先设置的可抢占信号进行任务的抢占操作。
同时，本发明中调度器使用到的参数有周期、最坏执行时间、相对截止期、绝对截止期、不可抢占区间、释放时间、响应时间、任务列表、等待列表、执行列表。
周期：任务的两个实例释放的最小间隔，用T表示；
最坏执行时间：最坏情况下任务完成所需要的时间，用C表示；
相对截止期：任务必须完成的最后期限，用D表示；
释放时间：任务的一个实例的实际发生时间，用a表示；
绝对截止期：任务的一个实例必须完成的最后期限，用d表示，d＝a+D；
响应时间：任务的一个实例实际完成的时间，用r表示；
不可抢占区间：任务中预先设置的两个相邻可抢占点之间，任务执行所需的时间，用Q表示；
任务：完成某一特定功能的工作，该例中任务的参数至少包括周期、最坏执行时间、相对截止期、最大不可抢占区间；
任务实例：实际发生的任务，该例中任务实例的参数至少包括释放时间、绝对截止期、最坏执行时间、最大不可抢占区间、可抢占标志；
任务列表：列表包含所有任务；
等待列表：列表包含所有已经释放的任务实例，并按照各个任务实例的绝对截止期排列；
执行列表：列表包含所有正在执行的任务实例，该例中按照处理器顺序排列。
任务调度的具体方法包括以下步骤：
步骤一、首先，系统上线时初始化所有列表，分配任务至相应处理器，并在执行列表中记录，操作系统的系统时间采用时基记录，每一时基触发一次调度器执行调度任务，调度器在其余时间执行常规操作，受每一时基触发时，执行任务抢占操作：
调度器受时基触发而按顺序检测等待队列中是否存在优先级高于当前处理器上执行任务优先级的任务，任务优先级按每个任务的绝对截止期大小动态分配，绝对截止期越小，任务优先级越高，如果存在则执行步骤二；如果不存在则执行步骤五；
步骤二、每个任务事先被若干个可抢占点分割为多个不可抢占区间，处理器执行到任务的可抢占点时发出所述可抢占信号，同时，调度器检测当前处理器的当前执行任务是否发出可抢占信号，如果发出，则执行步骤四；如果未发出，则执行步骤三；
步骤三、调度器判断高优先级任务的剩余时间S是否大于0，如果S大于0，则执行步骤五；否则执行步骤四；高优先级任务剩余时间S的计算方法为：S＝dh-Ch-Ql+1；其中，dh为高优先级任务的绝对截止期，Ch为高优先级任务的最坏执行时间，调度器通过记录该任务各个实例的最大运行时间确定任务的Ch，Ql为当前执行任务的不可抢占区间估计长度；
当前执行任务的不可抢占区间估计长度的计算方法为：
其中，Qp为当前时刻之前，任务实例实际经历的最大不可抢占时间，dl为当前执行任务的绝对截止期，Cl为当前执行任务的最坏执行时间，m为处理器数量，I为系统时间t之前每个已经完成或正在执行的任务实例的运行时间；
任务实例运行时间I的计算方法为：
其中，Ci为任务的最坏执行时间，Di为任务的相对截止期，Ti为两个任务实例释放的最小时间间隔，i为正整数，表示第i个任务实例；
所述最大不可抢占区间的长度Qp和任务的最坏执行时间Ci通过系统记录在任务控制模块中。
步骤四、调度器执行抢占操作，高优先级任务抢占当前处理器的执行任务，并执行步骤六；
步骤五、当前处理器继续执行当前执行任务；
步骤六、调度器对下一个处理器执行步骤一，直到调度器检测完所有处理器；
步骤七、调度器等待下一个时基触发任务调度。
由上所述，本发明提供的是一种社交软件的任务处理全局调度方法，设计了一种按照最早截止期分配优先级，通过接收任务的可抢占信号，控制抢占发生的多处理器上的抢占式全局调度器。该调度方法中任务的可抢占信号由预先设置在任务中的可抢占点发出。同时，使用该调度方法的调度器可以实时分析等待下一个可抢占点对系统实时性的影响并做出调整。采用设置可抢占点的方法限制抢占发生，保护了系统的实时性；同时，调度器能通过计算任务的剩余时间和最大不可抢占区间长度，由此判断不可抢占时间长度是否会影响系统实时性，从而调整抢占策略，以提高任务的调度性和处理器的运行效率。
下面通过几个对比实施例来对比利用本发明方法的调度方法和完全抢占调度方法的差异，并通过比较可调度的任务组比率，观察两种调度方法在可调度性上的差别。
实施例一
固定任务组内任务的数量为32，系统处理器为4个，并改变任务组的系统利用率，考察本发明调度和完全抢占调度的抢占数量和可调度性，结果如图3和图4所示。从图3可以发现，完全抢占调度和本发明调度的抢占数量均随着任务组系统利用率的增加而增加，且本发明调度的抢占数量的增速要低于完全抢占调度。但本发明调度减少抢占数量的效果并不十分明显。由图4，两种调度策略下可调度的任务组比率都随着任务组系统利用率的增加而降低。在系统利用率为70％时，可调度任务组比率是100％，但随着利用率的提高可调度任务组比率快速下降。图4中RDS的可调度任务组比率高于完全抢占调度。原因是有限抢占调度可以保护当前任务的执行，使它在一段时间内不被高优先级任务干扰。而一个合适的不可抢占区间又能保证高优先级任务的执行。因此本发明提出的调度策略能在限制抢占的同时保证任务的实时性。
实施例二
任务运行在拥有4个处理器的系统上，且任务组系统利用率固定为80％。改变任务组内的任务数量来观察不同调度策略下的可调度性和抢占数量。其中任务数量从16个依次成倍增加到160个，结果如图5、6所示。由图5，这两种调度的抢占数量都随着任务组内任务数量的增加先上升后下降。上升的原因是组内任务数量上升的同时，低优先级任务有更高的几率遇到高优先级任务；下降则是因为当任务数量持续上升，任务的执行时间也随之降低。从图5中还可以发现，随着任务数量的增加，本发明调度方法和完全抢占调度之间抢占数量的差距逐渐增大。因为当系统利用率不变时，任务的执行时间随着任务数量的增加而缩短。在本发明方法中，当它降低到一定程度，高优先级任务就不再需要通过抢占来获得处理器资源；而低优先级任务也可以在它的不可抢占区间内完成执行并且不影响高优先级任务的实时性。而在完全抢占调度中，即使低优先级任务执行时间很短，只要高优先级任务被释放，低优先级任务就会立即被抢占。因此，完全抢占中抢占数量的减少不明显，导致两者之间的差距逐步扩大。由图6，本发明方法和完全抢占调度下的可调度任务组都会随着任务组数量的增加而增加。其中，本发明方法与完全抢占调度的可调度性非常接近。当任务数量较少时，本发明方法的可调度任务组比率要略高于完全抢占调度。
实施例三
组内任务的数量确定为32个，任务组的系统利用率固定为80％，并改变处理器的数量，即以2为公差由2增加至16个，结果如图7和8所示。图7中，完全抢占调度和本发明方法的抢占数量都随着处理器数量的增加而减少，而且完全抢占调度减少抢占数量的速度更快于本发明方法，并在最后达到重合。这是因为当处理器数量足够大时，每个任务几乎可以保持在一个处理器上执行，而不需要发生抢占。因此，抢占数量逐渐减少并趋于稳定。图7中当处理器数量为12时发生了交叉。因为在完全抢占调度中，高优先级任务释放后可以立即抢占正在执行的最低优先级任务。而在本发明方法中，高优先级任务可能抢占了一个次高优先级的任务，而低优先级的任务仍在执行；进入等待队列的次高优先级任务可以抢占低优先级任务，直到正在执行的任务的优先级都高于等待队列中的任务。因此，相比于完全抢占调度，本发明方法中会发生额外的抢占。图8中，任务组在两种调度算法中的可调度比率都随着处理器数量的增加而减少。通常情况下，当任务组的利用率为一个固定值不变时，增加处理器可以增加任务组的可调度比率。本实验中任务组的利用率固定为处理器数量的80％。因此，随着处理器数量的增加，每个任务的执行时间就随之增长。当一个低优先级任务的执行时间增长到一定程度时，抢占会使得这个低优先级任务错过截止期。虽然，两种调度的可调度比率都随之减少，但是本发明方法的可调度比率依然略高于完全抢占调度。
以上对比实施例都表明，本发明方法的调度方法在各种情况下可调度的任务组比率都要高于完全抢占调度，即具有更好的可调度性；且可以减少抢占数量，降低抢占开销引起的不可预测性。因此，在实际的使用中，社交软件的任务处理全局调度方法具有更好的可调度性。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (4)

1.一种社交软件的任务处理全局调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、调度器受时基触发而按顺序检测等待队列中是否存在优先级高于当前处理器上执行任务优先级的任务，如果存在则执行步骤二；如果不存在则执行步骤五；
步骤二、检测当前处理器执行任务是否发出可抢占信号，如果发出，则执行步骤四；如果未发出，则执行步骤三；
步骤三、判断高优先级任务的剩余时间S是否大于0，如果S大于0，则执行步骤五；否则执行步骤四；
步骤四、调度器执行抢占操作，高优先级任务抢占当前处理器的执行任务，并执行步骤六；
步骤五、当前处理器继续执行当前执行任务；
步骤六、调度器对下一个处理器执行步骤一，直到检测完所有处理器；
步骤七、调度器等待下一个时基触发任务调度；
每个任务被若干个可抢占点分割为多个不可抢占区间，处理器执行到任务的可抢占点时发出所述可抢占信号；
所述步骤三中，高优先级任务剩余时间S的计算方法为：S=dh-Ch-Ql+1；其中，dh为高优先级任务的绝对截止期，Ch为高优先级任务的最坏执行时间，Ql为当前执行任务的不可抢占区间估计长度；当前执行任务的不可抢占区间估计长度的计算方法为： ；其中，Q p 为当前时刻之前，任务实例实际经历的最大不可抢占时间，d l 为当前执行任务的绝对截止期，C l 为当前执行任务的最坏执行时间，m为处理器数量，I为系统时间t之前每个已经完成或正在执行的任务实例的运行时间；任务实例运行时间I的计算方法为： ，其中，C i 为任务的最坏执行时间，D i 为任务的相对截止期，T i 为两个任务实例释放的最小时间间隔，i为正整数，表示第i个任务实例。
2.如权利要求1所述的社交软件的任务处理全局调度方法，其特征在于，操作系统的系统时间采用时基记录，每一时基触发一次调度器执行调度任务。
3.如权利要求2所述的社交软件的任务处理全局调度方法，其特征在于，任务优先级按每个任务的绝对截止期大小动态分配，绝对截止期越小，任务优先级越高。
4.如权利要求3所述的社交软件的任务处理全局调度方法，其特征在于，所述最大不可抢占区间的长度Q p 和任务的最坏执行时间C i 通过系统记录在任务控制模块中。
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