服務體執(zhí)行流模型中消息通信的時間可預測性研究.pdf

1、時間可預測系統(tǒng)要求系統(tǒng)中的計算任務在有限的時間內(nèi)必須完成，也就是說要求系統(tǒng)有可預測的硬件延遲、可預測的軟件系統(tǒng)以及可預測的程序響應時間。Minicore是基于服務體執(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)中的存儲模型和運行模型相分離。以強實時系統(tǒng)為目標，Minicore的可預測性是它需要實現(xiàn)的一個重要特征。時間可預測系統(tǒng)需要通過精心的設計和實現(xiàn)以達到其對時間的要求。這就意味著需要對操作系統(tǒng)代碼模塊進行離線分析，通過分析證明操作

2、系統(tǒng)是滿足可預測性的時間需求，靜態(tài)分析操作系統(tǒng)的時間可預測性是一個很有挑戰(zhàn)性的問題，因為每一個對時間屬性的要求都會自上而下的傳播到系統(tǒng)的各個模塊，包括處理器、指令集架構(gòu)、編程語言、編譯支持、運行時系統(tǒng)、調(diào)度以及通信等。
　　微內(nèi)核的高度模塊化的設計使Minicore對服務體（Minicore的基本單元）間的消息通信的依賴度極高，于是對于Minicore的時間可預測性分析也無可避免的依賴于通信模塊的時間可預測性。通信模塊支持執(zhí)行流在

3、服務體之間流動，請求特定的服務，完成任務。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體執(zhí)行流模型的微內(nèi)核操作系統(tǒng)Minicore的時間可預測性問題。其中第一項工作是實現(xiàn)操作系統(tǒng)的消息通信模塊，并定義配置相關(guān)的時間可預測性(CIPr)作為評估消息通信時間可預測性的指標。CIPr的計算基礎是通信模塊的WCET(Worst-Case Execution T

4、ime)。對通信模塊的WCET分析計算采用靜態(tài)WCET分析中的基于路徑的算法，包括提取目標代碼片段，程序控制流分析，處理器特征分析和WCET計算四個階段。第三章通過計算Minicore通信模塊的WCET，分析消息通信的時間可預測性，為未來實現(xiàn)時間可預測的通信機制并分析Minicore的時間可預測性提供基礎。
　　其次，本文基于引流開銷遠大于上下文切換這一事實提出了懶惰引流，即一種針對服務體執(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)批量處理服務請求，以分攤引流的開銷。在實現(xiàn)上，懶惰引流引入了引流器(Director)與調(diào)度器合作形成二級調(diào)度。懶惰引流優(yōu)先使用調(diào)度器而將對引流器的調(diào)用最大限度的推遲，讓引流器負責在服務體之間調(diào)度執(zhí)行流，而調(diào)度器負責在單個服務體內(nèi)的小端口之間調(diào)度執(zhí)行流。計算結(jié)果表明，在一般情況下，即在一個服務體存在多于一個小端口的情況下，懶惰引流的性能優(yōu)勢明顯，且在系統(tǒng)負載較大兩個服務體發(fā)生頻繁的通信時，懶惰引流帶