KR101220053B1 - Method of dynamic scheduling to kernel thread for improving response time of real time task - Google Patents

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Abstract

본 발명은 커널 쓰레드에 의한 실시간 태스크의 응답시간 증가를 최소화하기 위해 커널 쓰레드의 우선순위를 동적으로 할당하여 스케줄링함으로써 운영체계로서 리눅스를 채용한 정보가전제품 및 공장 자동화 제품의 실시간 응답 성능을 최적화할 수 있도록 하는 실시간 태스크의 응답시간 개선을 위한 커널 쓰레드의 동적 스케줄링 방법에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명은, 커널 쓰레드와 연관되는 태스크들의 특성을 수집하는 단계; 시스템의 특정 요소의 값을 검사하고 특정 임계값에 접근하는지 검사하는 단계; 및 이들 정보를 바탕으로 커널 쓰레드의 우선순위를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이로써, 기존의 운영체제에서 커널 쓰레드가 실시간 태스크와 비 실시간 태스크들을 구별하지 않고 지원하기 때문에, 실시간 태스크가 비 실시간 태스크나 우선순위가 낮은 다른 실시간 태스크들에 의해 요구되는 커널 스레드 서비스에 의해 간접적으로 영향을 받게 되어 실시간 태스크의 응답시간 증가를 야기하는 문제점을 해결할 수 있다. The present invention optimizes real-time response performance of information appliances and factory automation products employing Linux as an operating system by dynamically allocating and scheduling priorities of kernel threads to minimize the increase in response time of real-time tasks by kernel threads. The present invention relates to a dynamic scheduling method of kernel threads to improve response time of real-time tasks. To this end, the present invention comprises the steps of collecting the characteristics of the tasks associated with the kernel thread; Checking the value of a particular element of the system and checking whether a particular threshold is approached; And changing the priority of kernel threads based on these information. This allows kernel threads to support real-time tasks and non-real-time tasks in existing operating systems, so that real-time tasks are indirectly affected by kernel thread services required by non-real-time tasks or other low-priority real-time tasks. It can solve the problem causing the increase of response time of real-time task.

Description

실시간 태스크의 응답시간 개선을 위한 커널 쓰레드의 동적 스케줄링 방법 {Method of dynamic scheduling to kernel thread for improving response time of real time task} Method of dynamic scheduling to kernel thread for improving response time of real time task}

도 1은 본 발명에 따른 실시간 태스크의 응답시간 개선을 위한 커널 쓰레드의 동적 스케줄링 방법을 구성할 수 있는 운영체제의 구성도이다.1 is a configuration diagram of an operating system capable of configuring a dynamic scheduling method of a kernel thread for improving a response time of a real-time task according to the present invention.

도 2a는 본 발명을 통해 해결할 수 있는 인터럽트 처리 쓰레드에 의해 실시간 태스크의 응답시간이 증가하는 문제의 예시이다.2A is an example of a problem in which a response time of a real time task is increased by an interrupt processing thread that can be solved through the present invention.

도 2b는 본 발명의 실시예에 따라 인터럽트 처리 쓰레드의 우선순위를 동적으로 변경하여 응답시간이 감소하는 상황의 예시이다.2B is an example of a situation in which a response time is reduced by dynamically changing the priority of an interrupt processing thread according to an embodiment of the present invention.

도 2c는 본 발명의 인터럽트 처리 쓰레드의 우선순위를 동적으로 할당하기 위한 운영체제를 구축할 수 있는 커널 구성의 개락도이다.2C is a schematic diagram of a kernel configuration capable of building an operating system for dynamically allocating priorities of interrupt processing threads of the present invention.

도 2d는 본 발명의 실시예에 따라 관련 실시간 태스크 중 최고의 우선순위를 바탕으로 인터럽트 처리 쓰레드의 우선순위를 동적으로 변경하는 단계에 대한 도식이다.2D is a diagram of a step of dynamically changing the priority of an interrupt processing thread based on the highest priority among related real-time tasks in accordance with an embodiment of the present invention.

도 2e는 본 발명의 실시예에 따라 관련 태스크 중 실시간 태스크와 비 실시간 태스크의 비율을 바탕으로 인터럽트 처리 쓰레드의 우선순위를 동적으로 변경하는 단계에 대한 도식이다.FIG. 2E is a diagram of a step of dynamically changing the priority of an interrupt processing thread based on a ratio of a real time task and a non real time task among related tasks in accordance with an embodiment of the present invention.

도 3a는 본 발명이 해결할 수 있는 더티 페이지 회수 쓰레드에 의해 실시간 태스크의 응답시간이 증가하는 문제의 예시이다.3A is an example of a problem in which a response time of a real time task is increased by a dirty page retrieval thread that can be solved by the present invention.

도 3b는 본 발명의 더티 페이지 회수 쓰레드의 우선순위를 동적으로 변경하기 위한 운영체제를 구축 할 수 있는 커널 구성의 개락도이다.3B is a schematic diagram of a kernel configuration capable of building an operating system for dynamically changing the priority of a dirty page retrieval thread of the present invention.

도 3c는 본 발명의 실시예에 따라 관련 실시간 태스크 중 최고의 우선순위를 바탕으로 더티 페이지 회수 쓰레드의 우선순위를 동적으로 변경하는 단계에 대한 도식이다.3C is a diagram of a step of dynamically changing the priority of a dirty page retrieval thread based on the highest priority among related real-time tasks in accordance with an embodiment of the present invention.

도 3d는 본 발명의 실시예에 따라 관련 태스크 중 실시간 태스크와 비 실시간 태스크의 비율을 바탕으로 더티 페이지 회수 쓰레드의 우선순위를 동적으로 변경하는 단계에 대한 도식이다.3D is a schematic diagram of dynamically changing a priority of a dirty page retrieval thread based on a ratio of a real time task to a non real time task among related tasks according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 실시간 태스크의 응답시간 개선을 위한 커널 쓰레드의 동적 스케줄링 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 커널 쓰레드에 의한 실시간 태스크의 응답시간 증가를 최소화하기 위해 커널 쓰레드의 우선순위를 동적으로 할당하여 스케줄링함으로써 운영체계로서 리눅스를 채용한 정보가전제품 및 공장 자동화 제품의 실시간 응답 성능을 최적화할 수 있도록 하는 실시간 태스크의 응답시간 개선을 위한 커널 쓰레드의 동적 스케줄링 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a dynamic scheduling method of a kernel thread for improving a response time of a real time task. More particularly, the present invention relates to scheduling by dynamically allocating priority of a kernel thread to minimize an increase in response time of a real time task by a kernel thread. The present invention relates to a dynamic scheduling method of kernel threads for improving the response time of real-time tasks that can optimize the real-time response performance of information appliances and factory automation products employing Linux as an operating system.

당업자에게 잘 알려져 있는 바와 같이, 현대 운영체제들 중 많은 경우가 커 널 쓰레드(kernel thread)를 통하여 태스크들에게 다양한 기능을 제공하고 있다. 예를 들어 현제 가장 많이 사용되는 운영체제 중 하나인 리눅스는 [ksoftirqd]를 통하여 인터럽트의 하반부를 처리하고, [pdflush]는 더티 페이지를 디스크에 쓴 후 회수하여 역시 페이지 캐시 공간을 확보한다. As is well known to those skilled in the art, many of the modern operating systems provide a variety of functions for tasks through kernel threads. For example, one of the most popular operating systems currently used, Linux handles the lower half of interrupts via [ksoftirqd], and [pdflush] writes dirty pages to disk and retrieves them to free up page cache space.

하지만 이러한 커널 쓰레드들은 실시간 태스크와 비 실시간 태스크에게 모두 사용되어, 특정 실시간 태스크가 비 실시간 태스크나 우선순위가 낮은 다른 실시간 태스크에 의해 간접적으로 영향을 받을 수 있다. 다시 말해 실시간 태스크의 응답시간이 증가할 수 있다. However, these kernel threads are used for both real-time and non-real-time tasks, so that certain real-time tasks can be indirectly affected by non-real-time tasks or other low-priority real-time tasks. In other words, the response time of a real-time task may increase.

실시간 태스크에 영향을 미치는 상황에 따라 커널 쓰레드를 두 가지 분류로 나눌 수 있다. 첫 번째는 리눅스의 [ksoftirqd]와 같은 인터럽트 처리 쓰레드 처럼 실시간 태스크와 동기적으로 동작하는 경우이다. 이 경우 커널 쓰레드의 실행이 지연되는 만큼 실시간 태스크의 응답시간이 증가하게 된다. Kernel threads can be divided into two categories depending on the situation that affects real-time tasks. The first is when it is working synchronously with real-time tasks, such as interrupt handling threads like Linux's [ksoftirqd]. In this case, the response time of the real-time task increases as the execution of the kernel thread is delayed.

두 번째는 리눅스의 [pdflush]와 같은 더티 페이지 회수 쓰레드 처럼 시스템의 특정 요소가 임계값을 넘게 되면 실시간 태스크가 해당 커널 쓰레드의 작업을 대신 수행하면서 응답시간이 증가하게 되는 경우이다. 더티 페이지 회수 쓰레드의 경우 스케줄링을 받지 못하는 등의 이유로 더티 페이지의 비율이 증가 하여 임계값을 넘을 수 있다. 이 때 디스크 쓰기 작업을 요청한 실시간 태스크가 커널 쓰레드를 대신하여 더티 페이지를 디스크에 쓰게 되는 상황이 발생할 수 있다. 때문에 실시간 태스크의 응답시간이 증가할 수 있다.Second, when certain elements of the system exceed the threshold, such as dirty page retrieval threads such as [pdflush] in Linux, real-time tasks perform tasks for that kernel thread, increasing response time. In the case of dirty page retrieval thread, the ratio of dirty pages may increase due to lack of scheduling, thereby exceeding a threshold. At this point, a real-time task requesting a disk write may write a dirty page to disk on behalf of the kernel thread. This can increase the response time of real-time tasks.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 커널 쓰레드에 의한 실시간 태스크의 응답시간 증가를 최소화하기 위해 커널 쓰레드의 우선순위를 동적으로 할당하여 스케줄링함으로써 운영체계로서 리눅스를 채용한 정보가전제품 및 공장 자동화 제품의 실시간 응답 성능을 최적화할 수 있도록 하는 실시간 태스크의 응답시간 개선을 위한 커널 쓰레드의 동적 스케줄링 방법을 제공하는 데 있다.Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is an information appliance product and a factory automation product employing Linux as an operating system by dynamically allocating and scheduling the priority of kernel threads in order to minimize the increase in response time of the real-time task by the kernel thread. It is to provide a dynamic scheduling method of kernel threads to improve the response time of real-time tasks that can optimize the real-time response performance.

본 발명은 상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 커널 쓰레드와 연관되는 태스크들의 특성을 수집하는 단계; 시스템의 특정 요소의 값을 검사하고 특정 임계값에 접근하는지 검사하는 단계; 이들 정보를 바탕으로 커널 쓰레드의 우선순위를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 태스크의 응답시간 개선을 위한 커널 쓰레드의 동적 스케줄링 방법이 제공된다. The present invention to collect the characteristics of the tasks associated with the kernel thread, in order to achieve the above technical problem; Checking the value of a particular element of the system and checking whether a particular threshold is approached; A dynamic scheduling method for kernel threads is provided for improving the response time of a real-time task, comprising changing the priority of kernel threads based on these information.

이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 실시간 태스크의 응답시간 개선을 위한 커널 쓰레드의 동적 스케줄링 방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the dynamic scheduling method of the kernel thread for improving the response time of the real-time task according to the present invention. In the following description of the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related well-known technologies or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and may be changed according to the intention or custom of the user, the operator, and the like. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.

본 발명에 따른 실시간 태스크의 응답시간 개선을 위한 커널 쓰레드의 동적 스케줄링 방법은, 도 1에 도시한 바와 같이 커널 쓰레드와 연관되는 태스크들의 특성을 수집하는 단계; 시스템의 특정 요소의 값을 검사하고 특정 임계값에 접근하는지 검사하는 단계; 이들 정보를 바탕으로 커널 쓰레드의 우선순위를 변경하는 단계를 포함한다. A dynamic scheduling method of a kernel thread for improving response time of a real-time task according to the present invention includes collecting characteristics of tasks associated with a kernel thread as shown in FIG. 1; Checking the value of a particular element of the system and checking whether a particular threshold is approached; Based on this information, it includes changing the priority of kernel threads.

이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대한 구성 예와 구체적인 실행단계에 대한 예를 상세 하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an example of the configuration and specific implementation steps for the present invention.

도 2a는 첫 번째 분류에 해당하는 인터럽트 처리 쓰레드에 의해 실시간 태스크의 응답시간이 증가하는 예를 나타낸다. 도 2b는 동적으로 커널 쓰레드의 우선순위를 변경하여 이를 해결하는 것을 보여준다. 커널 쓰레드에게 인터럽트 처리 등의 작업을 요청한 실시간 태스크가 있을 때, 이 실시간 태스크의 우선순위로 커널 쓰레드의 우선순위를 조정하게 된다. 결과적으로 다른 비 실시간 태스크나 낮은 우선순위의 실시간 태스크에 의해 실행이 지연되는 것이 방지된다. 도 2c는 인터럽트 처리 쓰레드의 우선순위를 동적으로 결정하기 위한 커널 구조를 나타내고, 도 2d와 도 2e는 구체적으로 우선순위가 결정되는 두 가지 방법을 보여준다. 도 2d는 인터럽트 처리 쓰레드와 연관되는 태스크의 우선순위 중 가장 높은 우선순위를 할당하는 방법을 나타낸다. 반면에 도 2e는 인터럽트 쓰레드와 연관되는 태스크 중 실시간 태스크와 비 실시간 태스크의 비율을 측정하여 이를 바탕으로 우선순위를 계산하여 할당하는 방법을 나타낸다. 2A illustrates an example in which a response time of a real time task is increased by an interrupt processing thread corresponding to the first category. Figure 2b shows how to solve this by dynamically changing the priority of the kernel thread. When there is a real-time task that asks the kernel thread to do something, such as interrupt processing, the priority of the real-time task is adjusted to the priority of the kernel thread. As a result, execution delays are prevented by other non-real-time tasks or lower priority real-time tasks. FIG. 2C illustrates a kernel structure for dynamically determining the priority of an interrupt processing thread, and FIGS. 2D and 2E specifically illustrate two methods of determining the priority. 2D illustrates a method of allocating the highest priority among the priorities of tasks associated with the interrupt processing thread. On the other hand, FIG. 2E illustrates a method of measuring a ratio of a real time task and a non real time task among tasks associated with an interrupt thread, and calculating and assigning a priority based on the ratio.

도 3a는 두 번째 분류에 해당하는 더티 페이지 회수 쓰레드가 실시간 태스크의 응답시간에 영향을 미칠 수 있음을 나타낸다. 도 3b는 더티 페이지 회수 쓰레드 의 우선순위를 동적을 변경하기 위한 커널 구조를 보여준다. 실시간 태스크가 디스크 쓰기 요청을 할 때, 더티 페이지 비율 검사를 통해 더티 페이지 회수 쓰레드의 우선순위를 동적으로 변경하여 실시간 태스크가 커널 쓰레드를 대신하여 직접 디스크에 쓰기 작업을 하게 될 가능성을 낮춘다. 도 3c와 도 3d는 더티 페이지 회수 쓰레드의 우선순위가 변경되는 구체적인 두 가지 방법을 보여준다. 두 경우 모두 더티 페이지 비율이 임계값에 접근하는 것을 판단하기 위해, 더티 페이지 비율이 임계값과 임계값 접근 비율의 곱 보다 큰지 검사한다. 이 때 임계값 접근 비율은 0을 초과하고 1 이하의 값이다. 더티 페이지 비율이 임계값에 접근한다고 판단되면 더티 페이지 회수 쓰레드의 우선순위를 결정하기 위해 두 가지 방법 중 하나를 사용할 수 있다. 도 3c는 더티 페이지 회수 쓰레드와 연관되는 태스크의 우선순위 중 가장 높은 우선순위를 할당하는 방법을 나타낸다. 도 3d는 더티 페이지 회수 쓰레드와 연관되는 태스크 중 실시간 태스크와 비 실시간 태스크의 비율을 측정하여 이를 바탕으로 우선순위를 계산하여 할당하는 방법을 나타낸다. 3A shows that a dirty page retrieval thread corresponding to the second class can affect the response time of a real time task. 3b shows a kernel architecture for dynamically changing the priority of dirty page retrieval threads. When a realtime task makes a disk write request, the dirty page rate check dynamically changes the priority of dirty page retrieval threads, reducing the possibility that the realtime task will write directly to disk on behalf of the kernel thread. 3C and 3D show two specific ways in which the priority of the dirty page retrieval thread is changed. In both cases, to determine if the dirty page rate is approaching the threshold, it is checked whether the dirty page rate is greater than the product of the threshold and the threshold access rate. At this time, the threshold access ratio is greater than zero and less than one. If you determine that the dirty page rate is approaching the threshold, you can use one of two methods to prioritize the dirty page recall thread. 3C illustrates a method of allocating the highest priority of tasks associated with a dirty page retrieval thread. FIG. 3D illustrates a method of measuring a ratio of a real time task and a non real time task among tasks associated with a dirty page retrieval thread and calculating and assigning a priority based on the ratio.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 따른 실시간 태스크의 응답시간 개선을 위한 커널 쓰레드의 동적 스케줄링 방법은, 커널 쓰레드에 의한 실시간 태스크의 응답시간 증가를 최소화하기 위해 커널 쓰레드의 우선순위를 동적으로 할당하여 스케줄링함으로써 운영체계로서 리눅스를 채용한 정보가전제품 및 공장 자동화 제품의 실시간 응답 성능을 최적화할 수 있도록 하는 이점을 제공한다. In the dynamic scheduling method of the kernel thread for improving the response time of the real-time task according to the present invention as described above, in order to minimize the increase of the response time of the real-time task by the kernel thread, the dynamic allocation of the priority of the kernel thread scheduling This provides the advantage of optimizing the real-time response performance of information appliances and factory automation products that employ Linux as their operating system.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속 하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.Although preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains should understand the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as defined in the appended claims. It will be appreciated that various modifications or changes can be made. Therefore, modifications of the embodiments of the present invention will not depart from the scope of the present invention.

Claims (6)

실시간 태스크의 응답시간 개선을 위한 커널 쓰레드의 동적 스케줄링 방법에 있어서, In the dynamic scheduling method of the kernel thread for improving the response time of the real-time task, 커널 쓰레드와 연관되는 태스크들의 특성을 수집하는 단계;Collecting characteristics of tasks associated with kernel threads; 시스템의 특정 요소의 값을 검사하고 특정 임계값에 접근하는지 검사하는 단계; 및Checking the value of a particular element of the system and checking whether a particular threshold is approached; And 이들 정보를 바탕으로 커널 쓰레드의 우선순위를 변경하는 단계를 포함하되,Based on this information, including changing the priority of kernel threads, 상기 우선순위를 변경하는 단계는,Changing the priority, 상기 커널 쓰레드의 우선순위를 동적으로 변경하여, 커널 쓰레드와 연관되어 실행되는 실시간 태스크의 응답시간 증가를 방지하는, 실시간 태스크의 응답시간 개선을 위한 커널 쓰레드의 동적 스케줄링 방법.Dynamically changing the priority of the kernel thread, preventing the increase of the response time of the real-time task executed in association with the kernel thread, dynamic scheduling method of the kernel thread for improving the response time of the real-time task. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 커널 쓰레드 중 인터럽트 처리 쓰레드와 같이 실시간 태스크와 동기적으로 동작하는 커널 쓰레드에 대하여 동적으로 우선순위를 할당하여 다른 비 실시간 태스크 혹은 낮은 우선순위의 태스크에 의해 실행이 지연되는 것을 방지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 태스크의 응답시간 개선을 위한 커널 쓰레드의 동적 스케줄링 방법.Dynamically assigning priority to kernel threads that operate synchronously with real-time tasks, such as interrupt processing threads, to prevent execution delays by other non-real-time tasks or low-priority tasks. Dynamic scheduling method of the kernel thread for improving the response time of the real-time task, characterized in that. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 커널 쓰레드 중 더티 페이지 회수 쓰레드와 같이 커널의 특정 요소가 임계값을 넘게 되면 실시간 태스크가 해당 커널 쓰레드의 작업을 대신 수행하면서 응답시간이 증가하게 되는 경우에 대하여 우선순위를 동적으로 할당하여 실시간 태스크의 응답시간 증가를 방지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 태스크의 응답시간 개선을 위한 커널 쓰레드의 동적 스케줄링 방법.If a certain element of the kernel, such as a dirty page retrieval thread among the kernel threads, exceeds a threshold value, the real-time task is dynamically assigned a priority for the case where the real-time task performs the task of the kernel thread and increases the response time. Dynamic scheduling method of the kernel thread for improving the response time of the real-time task, characterized in that it comprises the step of preventing the increase of the response time. 제4항에 있어서, 5. The method of claim 4, 상기 더티 페이지 비율이 임계값에 접근하는 것을 판단하기 위해 더티 페이지 비율이 임계값과 임계값 접근 비율의 곱 보다 큰지 검사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 태스크의 응답시간 개선을 위한 커널 쓰레드의 동적 스케줄링 방법. Checking whether the dirty page rate is greater than a product of a threshold and a threshold access rate to determine that the dirty page rate is approaching a threshold. Dynamic scheduling method. 제5항에 있어서, The method of claim 5, 상기 임계값 접근 비율은 0을 초과하고 1 이하의 값인 것을 특징으로 하는 실시간 태스크의 응답시간 개선을 위한 커널 쓰레드의 동적 스케줄링 방법. The threshold access ratio is greater than 0 and less than 1, the dynamic scheduling method of the kernel thread for improving the response time of the real-time task.
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