[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

说明书

技术领域

本发明属于物联网操作系统调度方法，特别涉及一种基于混合调度模型的物联网操作系统调度方法。

背景技术

物联网是新一代信息技术的重要组成部分。其英文名称是IOT (Internet Of Things)，顾名思义，物联网就是“物物相连的互联网”。物联网大致可分为感知层、网络层、设备管理层、应用层等四个层次。其中最能体现物联网特征的就是物联网的感知层。感知层由各种各样的传感器和智能终端组成，运行在这些终端上的最重要的系统软件——操作系统，就是所谓的物联网操作系统。任务调度是物联网操作系统的核心功能之一，其主要功能是合理高效的调度操作系统中的各类任务，使操作系统在有限的片上资源上实现高效运转。

传统物联网操作系统中的任务调度大多采用单一模型的调度方法，其具有简单、高效等优点，但每一种调度方法都有自己的不足，如TinyOS、Contiki等操作系统采用的事件驱动型调度算法——基于 FIFO(First-in，First-out)调度策略的队列，由于不支持任务间抢占，实时性能较差。而μCOS中采用的多线程调度算法——基于固定优先级抢占的单调速率任务调度RMS(Rate Monotonic Scheduling)算法，由于要对每一个任务(无论该任务是实时性的还是非实时性的) 安排独立的堆栈，内存消耗量较大。

公开号为CN103713948A，名称为“一种优先级抢占时间片轮转操作系统中任务定时调度方法”的发明公开了一种优先级抢占时间片轮转操作系统中任务定时调度方法，其不足之处在于只能通过时间片累计来定时进行任务抢占，不能实现任务的实时抢占调度。公开号 CN103914346A，名称为“一种基于分组的实时操作系统双优先级任务调度节能方法”的发明公开了一种基于分组的实时操作系统双优先级任务调度节能方法，其不足之处在于双优先级的设置和刷新会额外占用内存资源，不适合节点资源高度受限的物联网终端应用。

本发明针对当前物联网操作系统的一些弊端，利用事件驱动型调度算法与多线程调度算法相结合的混合调度算法，将任务分成实时任务与非实时任务，实时任务使用多线程调度器进行调度，保证了任务的实时性；非实时任务使用事件驱动型调度器进行调度，减少了系统中堆栈的数量。本发明适合于在内存资源高度受限的实时性物联网终端上应用，既能保证任务的实时性，又能减少内存资源的消耗量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，为物联网操作系统提供一种实时性较好且内存资源消耗较小的任务调度方法。为此，本发明提出一种基于混合调度模型的物联网操作系统调度方法，具体的技术方案如下：

1.将系统任务分为两类：实时任务与非实时任务。实时任务间需支持抢占操作，由多线程调度器调度，且每个任务占用一个独立的堆栈；非实时任务不需要通过抢占操作保证实时性，由事件驱动调度器调度，所有任务共享同一个堆栈。

2.两个调度器之间可以相互切换，但在任意时刻，只能有一个调度器处于运行状态。

3.多线程调度器负责实时任务的调度，具有比事件驱动调度器更高的优先级，因此可在任意时刻抢占事件驱动调度器而获取CPU 资源。仅当多线程调度器处于空闲状态时(即所有实时任务均处于挂起或休眠状态)，事件驱动调度器才能运行。

4.多线程调度器采用的调度算法为最早截止时间优先EDF (Earliest Deadline First)算法。此算法为动态优先级调度算法，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。此算法可使实时任务的实时性得到保证，且对于CPU资源的利用率也较高。

5.事件驱动调度器采用的调度算法为FIFO队列调度策略，所有非实时任务依次执行，任务之间不支持抢占，当有实时任务触发多线程调度器时，可随时抢占事件驱动调度器的CPU使用权。

6.事件驱动调度器与多线程调度器之间的切换采用的方法是：事件驱动调度器被当成是一个事件驱动线程，参与到多线程调度中，此线程的作用就是启动事件驱动调度。

本发明与现有物联网操作系统相比，具有以下优点：

1)利用混合调度模型，在保证操作系统的实时性的基础上减少了任务的堆栈数，节约了内存资源。

2)混合调度模型中的两种调度机制切换的方式使操作系统可按照多线程系统进行实现，降低了系统实现复杂度，提高了调度效率。

3)适合于应用在资源受限的物联网终端上，移植性和拓展性好。

附图说明

图1为混合调度模型原理图