[发明专利]电信级以太网系统及用于该系统的实时任务调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电信级以太网系统及电信级以太网系统上的任务调度方法，具体涉及一种电信级以太网系统及应用于电信级以太网系统的基于复合任务价值-截止期-资源的实时任务调度方法。 

背景技术

与传统以太网相比，电信级以太网具有下列五个特性：提供可靠的业务保护模式、可扩展性、对TDM(Time Division Multiplexing)业务的支持、高QoS(Quality of Service)、OAM(Operation，Administration，Management)能力，这就要求应用各种技术和方法改善电信级以太网系统的功能和性能。电信级以太网软件子系统在电信级以太网系统中占有极其重要的地位，这就要求这部分既是高效的，同时也是可靠的，这也决定了电信级以太网系统对时间特性有较高的要求，它是一种实时系统。当前的电信级以太网产品，基本上以实时多任务操作系统+ASIC或NP厂家的驱动开发包+协议栈+网管的模式来开发软件子系统，系统设计时首先考虑的是功能的实现和堆砌，并未充分考虑和利用硬件平台和具体应用的特性，导致设计的软件子系统在任务调度、资源共享以及外部事件响应和处理等方面尤其是任务调度方面存在不足的地方。 

任务调度技术是实时系统中的关键技术之一，在非实时系统中，调度的主要目标是减小系统平均响应时间，提高系统资源利用率，或优化某一项指标。而实时任务调度的目的则是尽可能地保证每个任务满足他们的时间约束，及时对外部请求做出响应。实时调度技术通常有多种划分方法，如抢占式调度和非抢占式调度，静态表驱动策略和优先级驱动策略等等。 

一个实时系统中，硬截止期任务、固截止期任务和软截止期任务同时存在，另一方面，定期任务和非定期任务也是同时存在的。定期任务和非定期任务的调度各自具有自身的特性。 

定期任务调度最常用的方法是基于优先级的调度，而基于优先级的调度 主要有静态优先级和动态优先级两类方法。 

静态优先级方法的代表是单调速率RM(Rate Monotonic)调度方法，动态优先级方法中使用较多的是早截止期优先EDF(Early Deadline First)调度方法。这两类方法建立在如下的假设上： 

(1)所有具有硬截止期的任务的请求是周期性的，任务的两次请求之间的时间间隔为常数。 

(2)截止期由可运行性唯一决定，换句话说，每个任务必须在下一个请求到来之前完成本次执行。 

(3)任务是相对独立的，也即一个任务实例的执行不依赖于其它任务实例的开始和结束。 

(4)每个任务的运行时间不随时间而改变，也就是说，所有实例的运行时间都是相同的。 

(5)所有非周期性任务都不具有硬截止期，且不影响周期性任务的行为。 

一般情况下，实时系统涉及混合任务集的调度处理，其中不仅有定期任务与非定期任务，而且任务可能具有硬截止期、固截止期或者软截止期。具有混合任务集的实时调度算法的目标是：1.保证硬截止期任务满足截止期；2.最大化固截止期任务的完成数量；2.最小化软截止期任务的平均响应时间。 

在实时混合任务调度中，处理软截止期非定期任务的方法主要有后台执行方法、基于服务器的算法和基于空闲时间的算法。 

(1)后台执行方法，它是在处理器空闲(未执行任何未完成的定期任务)时以FCFS次序执行这些非定期任务，如果定期任务的负载很高，则用于后台处理非定期任务的处理器时间就相当少，因此非定期任务的响应时间是不可预测的。 

(2)基于服务器的方法，该方法又称作带宽保留算法，其主要思想是，在保证满足定期任务截止期的前提下，引入一个或者几个额外的定期任务作为服务器来处理非定期任务，这些任务使用指定的处理器带宽，根据定期任务调度算法的不同，带宽预留算法又可以归结为固定优先级服务器算法与动态优先级服务器算法。、 

(3)基于空闲时间的方法，包括空闲时间偷取算法(slack stealingalgorithm)、时间片移位算法(slot shifting algorithm)与双重优先级算法(dualpriority algorithm)，这些算法都是通过离线或者在线分析从定期任务调度的空 隙获得尽可能多的处理时间来处理非定期任务。 

归纳起来，当前对实时任务调度的研究，多集中在从理论上探讨，在保证硬截止期定期任务不错过时限的基础上，如何提高CPU的利用率上。这些研究在下列方面存在不足：