CN1228714C - 用于从阻塞任务收回预算资源的方法和系统 - Google Patents

Abstract

根据本发明的方法在由基础实时操作系统(406)执行的上下文转换期间检测阻塞任务并防止该阻塞任务在任务被阻塞的周期中运行。

Description

用于从阻塞任务收回预算资源的方法和系统

本发明涉及一种调度第一任务的方法，包括以下步骤：

在一个周期中启动第一任务运行的第一步，

检测该周期中第一任务阻塞的第二步。

此外，本发明还涉及一种调度第一任务的系统，包括：

在一个周期中运行第一任务的运行装置，

检测第一任务阻塞状态的检测装置。

从US-6,108,683可以了解上述方法的一种实施例。这里，公开了一种可以在实时类进程调度程序空间用于多媒体处理的用户级进程调度程序。实时类进程调度程序是一种由操作系统支持的固定优先级调度程序。用户级进程调度程序为用户进程分配CPU时间，同时，用户级进程调度程序提供了具有低于或等于用户进程优先级的阻塞检测进程。当用户进程由于输入/输出而阻塞时，用户级进程调度程序为阻塞检测进程分配CPU时间。然后，阻塞检测进程检测阻塞的发生并向用户级进程调度程序公布该阻塞的发生。通过公布这个发生，用户级进程调度程序识别出用户进程的执行被暂停或停止，而且用户级进程调度程序允许执行另一个用户进程。此外，当用户进程的状态变为指示用户进程可以执行的就绪或可执行状态时，通过公布检测到的就绪状态来通知用户级进程调度程序。当用户级进程调度程序接收到这个表示检测到就绪状态的通知时，用户级进程调度程序再次为该用户进程分配CPU时间。

本发明的一个目的是提供一种如上所述以改进方式处理任务阻塞状态的方法。为了实现这个目的，根据本发明的方法的特征在于该方法还包括防止第一任务在周期中恢复运行的第三步。通过防止第一任务在检测到第一任务阻塞的周期中恢复运行来防止其它任务可能错过它们的截止时限。截止时限表示周期中的一个时间戳，一个任务必须在它之前执行一定数量的工作。截止时限可以等于周期的终点。当一个任务在周期中没有遇到其截止时限时，系统的整体性能将下降。在一个任务阻塞期间，可以阻止其它任务前进，这导致这些其它任务也将错过它们的截止时限。为了防止阻塞任务干扰其它任务，因为这将导致其它任务错过它们的截止时限，要防止阻塞任务在其阻塞的周期中恢复。

根据本发明方法的一种实施例在权利要求2中进行了描述。通过利用上下文转换信息，没有必要提供必须由实时操作系统调度的独立阻塞检测任务或提供以预定时间间隔轮询每个任务并查询它是否阻塞的轮询机制。实时操作系统可以执行上下文转换，其中当前运行的任务挂起而另一任务恢复。实时操作系统可以为该上下文转换期间执行的链接(link-in)软件提供接口或钩子。然后，内连软件可以访问有关在上下文转换期间挂起和恢复任务的信息，并利用该信息检测挂起任务是否阻塞。

根据本发明方法的一种实施例在权利要求3中进行了描述。通过利用上下文转换信息，任务的阻塞可以得自基础(underlying)实时操作系统的可用信息和提供的接口，而不是向任务本身添加额外的接口或信息或者向系统添加专用的阻塞检测任务。例如，当等级单调调度(RMS)应用到调度任务时，挂起任务的优先级和恢复任务的优先级可以在上下文转换期间使用。在RMS中，长周期任务比短周期任务优先级低，而且高优先级任务的调度比低优先级任务有优先权。为了在周期中遇到其截止时限，为每个任务分配允许任务在周期中消耗的预算资源。当在周期中挂起的任务比恢复的任务优先级高并且高优先级任务没有消耗完其为该周期分配的预算资源时，则挂起的任务阻塞。

根据本发明方法的一种实施例在权利要求4中进行了描述。通过从第一阻塞任务收回剩余的预算资源，防止该第一阻塞任务在其挂起的同一周期内恢复。因此，该第一阻塞任务不会使其它任务错过它们的截止时限。这是由为了在周期中恢复一个任务必须满足的条件产生的。这些条件中的一个是任务必须有在周期中消耗的剩余预算资源。当一个任务在周期中没有剩余的预算资源可消耗时，基础实时操作系统不会在这个周期中恢复任务的运行。

本发明的另一个目的是提供一种如上所述以改进方式处理任务阻塞状态的系统。为了实现这个目的，根据本发明调度第一任务的系统特征在于该系统还包括防止第一任务在周期中恢复运行的防止装置。

根据本发明系统的实施例在权利要求6中进行了描述。

以下将通过由附图说明的实施例来描述本发明：

图1说明了一种管道或流线型体系结构，

图2说明了一个任务错过的截止时限，

图3说明了根据本发明方法的一种实施例的主要步骤，

图4示意性地说明了根据本发明系统的一种实施例的最重要组成部分，

图5示意性地说明了包括根据本发明系统一种实施例的电视机，

图6示意性地说明了包括根据本发明系统一种实施例的机顶盒。

现在，连续媒体处理越来越多地是通过可编程元件，而不是专用的单一功能元件来实现的。如音频和视频所要求的，连续媒体处理的一个特征是定时限制，也称为截止时限，的存在。为了适当地处理这种数据，一个系统必须观察该定时限制并且必须保证有足够的系统资源用于处理。由于实时资源是有限的，所以可能没有为一个具体的处理段保留足够的系统资源。这将导致任务错过其截止时限，这将会引起系统性能的下降及可用资源不是最佳的使用。

在高质量视频系统中，一个任务可以有允许其在其中运行的预定个数的周期。此外，一个任务的所有周期可以等长，而且它们可以是连续的。允许一个任务在其每个周期中消耗的预算资源称为周期预算资源。一个任务的周期预算资源可以每个周期都相等或者每个周期都不等。任务可以有指示时间戳的截止时限，在一个周期中任务必须在时间戳之前执行一定数量的工作。这里，截止时限等于周期的终点。当一个任务在周期中没有遇到其截止时限时，系统的整体性能将下降。

根据本发明方法的一种实施例利用了称为pSOS的商用实时操作系统。其它支持固定优先级调度的实时操作系统，如VxWorks，也可以使用。实时操作系统根据任务的优先级调度不同的任务：高优先级任务比低优先级任务有优先权。任务根据固定优先级调度技术-等级单调调度(RMS)来接收优先级。这意味着长周期任务比短周期任务优先级低。当两个任务有同样的周期时，有较少预算资源的任务获得高优先级。以这种方式计算的优先级称为等级单调优先级(RM)。为了使一个任务能够在周期中消耗其预算资源，任务的优先级被提升到RM优先级。一旦预算资源耗尽，该任务的优先级就被设置为后台优先级。后台优先级是最低优先级。当任务的优先级被设置为RM优先级时，其预算资源是激活的；当任务的优先级被设置为后台优先级时，其预算资源是禁用的。

操作系统激活预算资源并禁用它们。当预算资源被激活时，任务恢复或进入系统。当预算资源被禁用时，任务挂起或离开系统。在由操作系统执行的上下文转换期间，一个任务进入系统而另一个任务离开系统。操作系统提供了接口以便同可以在上下文转换期间执行的根据本发明方法的实施例内连。这使得编程人员可以扩展基础操作系统的功能性。该扩展的功能性可以用于提高系统的性能。

图1说明了管道或流线型体系结构的一种实例，其中执行连续媒体处理的任务通过队列互相链接。从其输入队列106接收输入数据的任务102处理输入数据并将其结果输出数据放入其输出队列108。任务102的输出队列充当其后继任务104的输入队列。输入队列和输出队列是有界队列，这意味着它们保存任务处理数据的容量有限。在这种管道或流线型体系结构中，当一个任务的输入队列空或输出队列满时，该任务阻塞。如下所述根据本发明方法的一种实施例防止阻塞任务，如任务102，干扰非阻塞任务，如任务104，的处理。

图2说明了一个任务错过截止时限的实例。这里，任务202是有优先级P₂₀₂、周期T₂₀₂＝5和周期预算资源B₂₀₂＝2的周期任务，而任务206是有优先级P₂₀₆、周期T₂₀₆＝6和周期预算资源B₂₀₆＝3的周期任务。因为任务202的周期小于任务206的周期，所以任务202是高优先级任务：

              T₂₀₂＜T₂₀₆＝＞P₂₀₂＞P₂₀₆

每个任务都在其周期起点准备运行，从而在周期起点开始运行。箭头指示周期起点，T_i，j指示任务i用于周期j的周期T，而B_i，j指示任务i用于周期j的周期预算资源B。

如图2所示，因为210是任务202第一个周期T_202，1的开始，所以任务202在210开始。在212，任务202消耗了其预算资源B_202，1。实时操作系统pSOS在212挂起任务202并启动任务206运行。第二个周期T_202，2在214开始。但是，从214到216任务202是阻塞的，在此期间任务不消耗其周期预算资源。任务206的第二个周期T_206，2在216开始。由于每个任务都在其周期起点准备运行而且任务202阻塞，所以任务206在216开始运行。但是在218，任务202不再阻塞，而且因为202的优先级高于206的优先级，所以在218任务202抢到任务206的前面。但是，如从图2可以得到的，在这个时候任务206消耗了比其周期预算资源B_206，2少的消耗掉预算资源CB_206，2；

CB_206，2＝1且B_206，2＝3＝＞CB_206，2＜B_206，2

那么任务206剩余的预算资源RB_206，2就是：

RB_206，2＝B_206，2-CB_206，2＝2

任务202消耗了其全部的预算资源B_202，2。任务202的下一个周期T_202，3在220开始，而且由于它是任务202第三个周期的起点且任务202的优先级高于任务206的优先级，因此任务202在220开始运行。当任务202消耗完其全部的预算资源B_202，3时，任务202挂起而任务206开始消耗其剩余的预算资源RB_206，2。因为任务206的第三个周期在任务206消耗其剩余的预算资源RB_206，2之前就开始了，所以在224任务206错过了其截止时限。如图3所示根据本发明方法的一种实施例的主要步骤防止了作为高优先级阻塞任务恢复结果的低优先级任务截止时限的错过。

图3说明了根据本发明方法的一种实施例的主要步骤。这里，一个任务的周期是等长的、周期是连续的且周期预算资源是相等的。该方法是在上下文转换期间执行的，其中上下文转换是由如前所述的基础操作系统pSOS执行的。

在步骤300中，相对于即将进入系统的任务的优先级检查离开系统的任务的优先级。当离开系统的任务的优先级低于或等于进入系统的任务的优先级时，在步骤320中允许进入系统的任务运行并且根据本发明的方法将控制返回给pSOS。当离开系统的任务的优先级高于进入系统的任务的优先级时，在步骤302中检查离开任务的预算资源。离开任务的预算资源表示在离开任务的当前周期中任务没有使用的剩余预算资源。当离开任务的剩余预算资源等于零时，基础操作系统不允许离开任务再次运行。在步骤320中允许进入系统的任务运行并且根据本发明的方法将控制返回给pSOS。当离开任务的剩余预算资源大于零时，离开任务阻塞。然后在步骤304中这个离开且阻塞任务的剩余预算资源减少到零。通过将离开任务的剩余预算资源减少到零，基础操作系统将不会在离开任务的当前周期中选择离开任务再次运行。在减少剩余预算资源后，在步骤320中允许进入系统的任务运行并且根据本发明的方法将控制返回给pSOS。

所述本发明方法实施例中的顺序不是必须遵循的，本领域的技术人员可以在不背离本发明概念的前提下，改变步骤的顺序或者利用线程模型、多处理器系统或多重处理并行执行步骤。

图4示意性地说明了根据本发明系统一种实施例的最重要组成部分。系统400包括具有用于执行第一任务，例如解码图象帧，的内嵌计算机可读代码的第一存储器402。第二存储器404具有用于执行第二任务，例如对解码后的帧应用图象增强，的内嵌计算机可读代码。实时操作系统，例如pSOS，的代码嵌入在第三存储器406中。实时操作系统的代码可以访问包括第一和第二任务的优先级、所分配预算资源和周期的存储器410。这里，如前所述，第一任务是有优先级P₁、周期T₁＝5和周期预算资源B₁＝2的周期任务，而第二任务是有优先级P₂、周期T₂＝6和周期预算资源B₂＝3的周期任务。此外，存储器410包括从开始运行嵌入在第一存储器402中用于执行第一任务的代码所耗费的时间。实时操作系统pSOS根据等级单调调度来调度任务。周期预算资源B₁和B₂指示当一个任务的预算资源被实时操作系统pSOS激活时，在一个周期中任务可以使用的CPU 408的CPU周期个数。当执行上下文转换时，实时操作系统pSOS在存储器412中填满上下文转换信息。在上下文转换中，预算资源被禁用的任务的优先级和剩余预算资源及预算资源即将被激活的任务的优先级和剩余预算资源放入存储器412中。存储器414有用于检索来自存储器412的信息并更新预算资源被禁用的任务的剩余预算资源的内嵌计算机可读代码。如前所述，当检索到的信息指示带被禁用预算资源的任务阻塞时，这个阻塞状态添加到存储器412的内容中。然后在该任务的当前周期中由实时操作系统pSOS将带被禁用预算资源的任务的剩余预算资源设置为零，并将其优先级设置为后台优先级。系统400在希望作为应用软件由计算机或其它任何可以运行软件的标准体系结构来运行的软件中实现。该系统可以用于操作数字电视机416。该软件还可以从包括用来执行根据本发明方法的计算机程序产品的存储设备420进行更新。该存储设备是由连接到系统400的CD阅读器418来读取的。

图5示意性地说明了包括根据本发明系统一种实施例的电视机510的最重要组成部分。这里，天线500接收电视信号。该天线还可以是，例如，圆盘式卫星电视天线、电缆、存储设备、互连网、以太网或任何其它可以接收电视信号的设备。接收器502接收信号。该信号可以是，例如，数字的、模拟的、RGB或YUV。除接收器502之外，电视机还包括可编程元件504，例如可编程集成电路。这个可编程元件包括根据发明506的系统。电视屏幕508显示由接收器502接收并由可编程元件504、根据发明506的系统和其它通常包含在电视机中但在此未示出的组成部分处理的图象。

图6示意性地说明了包括根据本发明系统一种实施例的机顶盒的最重要组成部分。这里，天线600接收电视信号。该天线还可以是，例如，圆盘式卫星电视天线、电缆、存储设备、互连网、以太网或任何其它可以接收电视信号的设备。机顶盒602接收信号。该信号可以是，例如，数字的、模拟的、RGB或YUV。除包含在机顶盒中但未在此示出的常用组成部分之外，机顶盒还包括根据发明604的系统。电视机606可以显示从由机顶盒602同根据发明604的系统一起接收到的信号产生的输出信号。输出信号还可以被引导到如VCR、DVD-RW或硬盘的存储设备，或者它们还可以指向互连网连接而不是指向电视机。

Claims (8)

1、一种调度第一任务的方法，包括以下步骤：

在一个周期中启动第一任务运行的第一步，

在该周期中检测第一任务阻塞的第二步，

特征在于：

所述第一任务为一个周期性任务，

在所述周期中为所述第一任务分配一个预算，并且

该方法还包括防止第一任务在该周期中恢复运行的第三步。

2、根据权利要求1的调度第一任务的方法，其中第二步是在从所述第一任务转换到一个第二任务的情况下执行的。

3、根据权利要求2的调度第一任务的方法，其中在周期中检测第一任务阻塞的第二步包括：

检测第一任务挂起而允许所述第二任务开始运行的第一次步骤；

其中上下文转换信息包括：

低于第一任务第一优先级的第二任务第二优先级，及

基本上等于为该周期分配的预算资源减去在该周期中消耗的预算资源的第一任务的剩余预算资源。

4、根据权利要求3的调度第一任务的方法，其中在所述周期中从第一任务收回剩余的预算资源。

5、一种用于调度第一任务的系统(400)，包括：

在周期中运行第一任务的运行装置(408)，

检测第一任务阻塞状态的检测装置(412)，

其特征在于：

所述第一任务为一个周期性任务，

在所述周期中为所述第一任务分配一个预算，并且

该系统还包括防止第一任务在该周期中恢复运行的防止装置(414)。

6、根据权利要求5的用于调度第一任务的系统，其中检测装置(412)还被设计为根据以下所述来工作：

挂起的第一任务的第一优先级，

比第一任务第一优先级低的恢复的第二任务第二优先级，

基本上等于为该周期分配的预算资源减去在该周期中消耗的预算资源的第一任务的剩余预算资源。

7、电视机(510)，包括根据权利要求5或6的系统。

8、机顶盒(602)，包括根据权利要求5或6的系统。

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