[发明专利]一种基于混合调度模型的物联网操作系统调度方法

权利要求书

1.一种基于混合调度模型的物联网操作系统调度方法，其特征在于它将系统任务分为实时任务和非实时任务，实时任务采用多线程调度，使用独立堆栈；非实时任务采用事件驱动调度，使用共享堆栈。其中多线程调度的优先级高于事件驱动调度，任意时刻只能有一个调度器处于运行状态。多线程调度采用最早截止时间EDF(Earliest Deadline First)算法，事件驱动调度采用FIFO(First-in，First-out)队列调度。事件驱动调度器可作为多线程调度器中的一个线程被调度。

2.根据权利要求1所述一种基于混合调度模型的物联网操作系统调度方法，其特征在于所述事件驱动调度是指所有任务依次执行，当一个任务执行完成后，其占用的内存资源被释放，下一个任务将被调度执行。任务执行过程中允许响应中断，但一个任务不能抢占另一个正在执行的任务，所有任务公用一个共享堆栈。

3.根据权利要求1所述一种基于混合调度模型的物联网操作系统调度方法，其特征在于所述多线程调度是指各个任务(又称线程)是并行执行的。线程之间可支持抢占，而在一个线程被抢占前，其运行环境需被保存，每个线程都需要一个独立的运行堆栈。

4.一种基于混合调度模型的物联网操作系统调度方法，其特征在于它包括以下说明：

①这种混合调度模型的优势之一在于可以减少系统中堆栈的数量，适合于应用在资源紧张的物联网终端上。以图1为例，系统中存在6个任务(T1～T6)，其中3个任务(T4～T6)为实时性任务。若采用传统的多线程调度执行这6个任务，则需要创建6个线程，并分配6个堆栈。采用混合调度模型后，仅需创建4个堆栈，其中3个被实时任务T4、T5、T6所使用，剩下的1个被事件驱动调度器使用，事件驱动调度器负责以共有堆栈来调度非实时任务T1、T2、T3。

②混合调度模型中事件驱动调度采用的是FIFO队列调度，即任务先进先出，任务之间不支持抢占。多线程调度采用的是EDF算法调度，EDF算法是一种动态优先级调度算法，此算法中优先级与截止时间成反比，截止时间越短，任务优先级越高。

③为描述混合调度模型的调度流程，假设存在9个系统任务(图2所示)，其中2个实时任务(T1和T2)，T1的任务周期与运行时间分别是4和1，T2的任务周期与运行时间分别是5和3；其他7个任务则是非实时任务。根据本发明所述混合调度模型原理，T1和T2将由多线程调度器调度，每个线程拥有独立的一个运行堆栈，且两个任务之间的优先级根据其任务截止时间来动态分配。非实时任务T3～T9由事件驱动调度器调度，所有任务公用一个公共堆栈。经计算，实时任务T1和T2的CPU资源利用率为0.85，而EDF算法的可调度边界值为1，因此此任务集是可以在截止期限之前执行完成的。

④图2描述了T1～T9这9个任务被混合调度模型调度的流程。在时刻0，由于T1的任务截止时间大于T2，T1优先级大于T2，T1将抢占CPU进入运行状态。而在时刻12，由于T2的截止时间大于T1的截止时间，T2的任务优先级大于T1，T2将继续执行。以此类推进行EDF算法调度。在时刻9，所有实时任务执行完毕，此时系统从多线程调度模式切换到事件驱动模式，非实时任务T3开始执行。在时刻10，实时任务T2进入就绪状态，事件驱动调度器被暂停，系统再次切换到多线程调度模式。在时刻14实时任务执行完毕，系统再次切换到事件驱动模式，继续执行非实时任务T3。通过本发明所述混合调度模型，实时任务可在截止时间前得到执行，且系统中仅需创建3个堆栈，内存消耗量比传统物联网操作系统的调度方法要低。

⑤本发明所述的物联网操作系统中存在两种线程切换模式：一是多线程调度系统内部的线程切换，二是调度器之间的切换。为了使这两种切换模式高效且便于管理，事件驱动调度系统也被当成一个线程来实现，此线程的设定功能是运行事件驱动调度器以及对非实时任务进行调度。采用这种方式后，混合调度模型可被操作系统当做是一个纯粹的多线程模式进行调度。如图3所示。通过此种方式来降低系统复杂度，提高混合调度效率。