面向多核處理器的嵌入式操作系統(tǒng)微內(nèi)核內(nèi)存管理機(jī)制的研究.pdf

1、隨著市場(chǎng)需求以及用戶對(duì)系統(tǒng)性能要求的不斷提升,傳統(tǒng)單核模式的嵌入式系統(tǒng)性能已經(jīng)接近瓶頸,無法滿足不斷增長(zhǎng)的性能要求,為此研究人員將目光投向多核架構(gòu)。理論上,基于多核架構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)具有高效的系統(tǒng)性能,特別是在實(shí)時(shí)性和并行性上。但是目前多核嵌入式系統(tǒng)在系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、資源利用率、負(fù)載均衡及通信等方面存在著很多的問題。
　　造成這些問題的主要原因可以從以下兩點(diǎn)考慮:
　　(1)在內(nèi)存管理方面存在內(nèi)存利用率低,內(nèi)存外碎片率高,并且內(nèi)存

2、分配總是按照申請(qǐng)-分配模式,使得任務(wù)大量時(shí)間處于等待分配狀態(tài);
　　(2)在任務(wù)調(diào)度方面存在負(fù)載不均衡,高相關(guān)性的任務(wù)被分配到不同處理節(jié)點(diǎn),使得任務(wù)間通信量增大等問題,這些問題都嚴(yán)重制約著系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和并行性。為了進(jìn)一步提高嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性以及對(duì)系統(tǒng)的負(fù)載均衡控制,本文從如下方面進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新:
　　(1)在內(nèi)存分配過程中設(shè)計(jì)了基于預(yù)測(cè)分配的內(nèi)存管理策略,該策略為了充分利用每個(gè)進(jìn)程對(duì)內(nèi)存空間使用的“歷史記錄”,將進(jìn)程對(duì)內(nèi)存

3、使用信息全部記錄在一張局部信息表中,進(jìn)程在申請(qǐng)內(nèi)存空間時(shí)會(huì)根據(jù)信息表中的信息利用馬爾可夫預(yù)測(cè)原理形成馬爾可夫轉(zhuǎn)移概率矩陣,預(yù)測(cè)下一次內(nèi)存分配的概率,并計(jì)算下一次內(nèi)存分配大小,在輕量級(jí)預(yù)測(cè)線程空閑時(shí)進(jìn)行分配鏈接到預(yù)測(cè)鏈表相應(yīng)位置;為了減少內(nèi)存分配時(shí)的任務(wù)等待時(shí)間,在內(nèi)存預(yù)測(cè)和申請(qǐng)過程中利用位圖思想以及對(duì)預(yù)測(cè)鏈表做適當(dāng)處理,設(shè)計(jì)了基于位圖的高速匹配策略,整個(gè)匹配過程由系統(tǒng)中的輔助核協(xié)助完成。
　　(2)為了提高系統(tǒng)內(nèi)存空間的利用率,設(shè)

4、計(jì)了內(nèi)存預(yù)測(cè)合并分配算法。該算法利用進(jìn)程歷史信息為原始數(shù)據(jù),采用馬爾可夫預(yù)測(cè)原理預(yù)測(cè)下一次內(nèi)存分配的大小并與當(dāng)前申請(qǐng)內(nèi)存按合并策略進(jìn)行合并后分配,從而提高系統(tǒng)內(nèi)存空間利用率。
　　(3)為了提高多核系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度的性能,綜合考慮全局隊(duì)列任務(wù)調(diào)度和局部隊(duì)列任務(wù)調(diào)度策略的優(yōu)點(diǎn)以及任務(wù)間相關(guān)性等特點(diǎn),設(shè)計(jì)了基于任務(wù)槽任務(wù)調(diào)度策略。
　　最后將μC/OS-II嵌入式微內(nèi)核操作系統(tǒng)移植到VC++中并進(jìn)行相關(guān)拓展,搭建多核模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境,通