服務(wù)體執(zhí)行流模型中消息通信的時(shí)間可預(yù)測(cè)性研究.pdf

1、時(shí)間可預(yù)測(cè)系統(tǒng)要求系統(tǒng)中的計(jì)算任務(wù)在有限的時(shí)間內(nèi)必須完成，也就是說要求系統(tǒng)有可預(yù)測(cè)的硬件延遲、可預(yù)測(cè)的軟件系統(tǒng)以及可預(yù)測(cè)的程序響應(yīng)時(shí)間。Minicore是基于服務(wù)體執(zhí)行流模型的新型微內(nèi)核操作系統(tǒng)，它有效的將操作系統(tǒng)中的存儲(chǔ)模型和運(yùn)行模型相分離。以強(qiáng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)為目標(biāo)，Minicore的可預(yù)測(cè)性是它需要實(shí)現(xiàn)的一個(gè)重要特征。時(shí)間可預(yù)測(cè)系統(tǒng)需要通過精心的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)以達(dá)到其對(duì)時(shí)間的要求。這就意味著需要對(duì)操作系統(tǒng)代碼模塊進(jìn)行離線分析，通過分析證明操作

2、系統(tǒng)是滿足可預(yù)測(cè)性的時(shí)間需求，靜態(tài)分析操作系統(tǒng)的時(shí)間可預(yù)測(cè)性是一個(gè)很有挑戰(zhàn)性的問題，因?yàn)槊恳粋€(gè)對(duì)時(shí)間屬性的要求都會(huì)自上而下的傳播到系統(tǒng)的各個(gè)模塊，包括處理器、指令集架構(gòu)、編程語言、編譯支持、運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)、調(diào)度以及通信等。
　　微內(nèi)核的高度模塊化的設(shè)計(jì)使Minicore對(duì)服務(wù)體（Minicore的基本單元）間的消息通信的依賴度極高，于是對(duì)于Minicore的時(shí)間可預(yù)測(cè)性分析也無可避免的依賴于通信模塊的時(shí)間可預(yù)測(cè)性。通信模塊支持執(zhí)行流在

3、服務(wù)體之間流動(dòng)，請(qǐng)求特定的服務(wù)，完成任務(wù)。系統(tǒng)中唯一的消息發(fā)送原語是sendmsg，提供包括同步連續(xù)、同步分離和異步這三種消息通信方式。
　　本文的工作是探究基于服務(wù)體執(zhí)行流模型的微內(nèi)核操作系統(tǒng)Minicore的時(shí)間可預(yù)測(cè)性問題。其中第一項(xiàng)工作是實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的消息通信模塊，并定義配置相關(guān)的時(shí)間可預(yù)測(cè)性(CIPr)作為評(píng)估消息通信時(shí)間可預(yù)測(cè)性的指標(biāo)。CIPr的計(jì)算基礎(chǔ)是通信模塊的WCET(Worst-Case Execution T

4、ime)。對(duì)通信模塊的WCET分析計(jì)算采用靜態(tài)WCET分析中的基于路徑的算法，包括提取目標(biāo)代碼片段，程序控制流分析，處理器特征分析和WCET計(jì)算四個(gè)階段。第三章通過計(jì)算Minicore通信模塊的WCET，分析消息通信的時(shí)間可預(yù)測(cè)性，為未來實(shí)現(xiàn)時(shí)間可預(yù)測(cè)的通信機(jī)制并分析Minicore的時(shí)間可預(yù)測(cè)性提供基礎(chǔ)。
　　其次，本文基于引流開銷遠(yuǎn)大于上下文切換這一事實(shí)提出了懶惰引流，即一種針對(duì)服務(wù)體執(zhí)行流模型的通信模塊的優(yōu)化策略。懶惰引流策

5、略通過最大限度的推遲引流的發(fā)生，使系統(tǒng)批量處理服務(wù)請(qǐng)求，以分?jǐn)傄鞯拈_銷。在實(shí)現(xiàn)上，懶惰引流引入了引流器(Director)與調(diào)度器合作形成二級(jí)調(diào)度。懶惰引流優(yōu)先使用調(diào)度器而將對(duì)引流器的調(diào)用最大限度的推遲，讓引流器負(fù)責(zé)在服務(wù)體之間調(diào)度執(zhí)行流，而調(diào)度器負(fù)責(zé)在單個(gè)服務(wù)體內(nèi)的小端口之間調(diào)度執(zhí)行流。計(jì)算結(jié)果表明，在一般情況下，即在一個(gè)服務(wù)體存在多于一個(gè)小端口的情況下，懶惰引流的性能優(yōu)勢(shì)明顯，且在系統(tǒng)負(fù)載較大兩個(gè)服務(wù)體發(fā)生頻繁的通信時(shí)，懶惰引流帶