Linux在嵌入式系統中有關進程調度算法的實時性改進

引言

Linux 作為一種通用的操作系統，它最初的設計是用于桌面系統或者小型服務器。 要將Linux 用于嵌入式系統中，需要對Linux 內核作一些改進，使它能更好地為嵌入式系統服務。 在這些改進中，進程管理是相當重要的一塊。

嵌入式系統的硬件設備與普通PC 有較大的差別。 由于要節省成本、降低功耗，嵌入式系統的CPU 可能不帶MMU ，使用的存儲設備ROM、Flach 、RAM 的容量較小，這些因素決定了需要改變Linux 進程管理，來適應存儲系統方面的變化。進程管理中另一個與嵌入式系統密切相關的方面就是實時性了。盡管不是所有的嵌入式系統都需要具有實時能力，但實時性確實是嵌入式系統最重要的特點之一。 兩者的關系如圖1 所示。

圖1 　嵌入式系統與實時性的關系

目前市場上商用的嵌入式操作系統，如VxWork、pSOS 和QNX 等都具有良好的實時性能。因此本文主要著手討論Linux 實時性方面的改造。

Linux 在實時應用中的不足之處

雖然目前Linux 內核在實時性方面有所增強，但它仍然不是實時操作系統，Linux 內核的設計關注于應用程序的吞吐量連同內核整體設計的完善。作為提高吞吐量的必然要求，Linux 的調度器試圖提供一種“公平分配”策略來保證所有的進程可以均衡地享有CPU 的資源。 普通Linux 內核提供三種調度策略，分別為SCHEDRR、SCHEDFIFO、SCHEDOTHER。 其中第一個策略為實時進程的基于優先級的輪轉法， schedfifo 為實時進程的先進先出算法，schedother 為非實時進程的基于優先級的輪轉法。前兩種為軟實時進程調度策略，后者為普通實時進程調度策略。

普通時分進程調度策略保證了每個進程相對于其靜態優先級可以公平地獲取CPU 資源。 由于調度器按照優先級驅動的方式，因此軟實時進程的優先級要高于普通進程，通常軟實時進程的優先級在1000 以上而普通進程的優先級在0～999之間。 由調度器調用的goodness ( ) 函數保證實時進程先于普通進程獲得CPU。

函數goodness() 如下：

static inline int goodness ( struct task struct 3 p ,int this
cpu ,struct mm struct 3 this mm)
int weight ;
weight=-1;
if (p->policy SCHED YIELD) goto out ;
/ 3 非實時進程3 /
if (p=>policy==SCHED OTHER)
{weight =p->counter ;
if ( ! weight) goto out ;
if (p-> mm==this mm !!! p->mm)
weight+=1 ;
weight+=20-p->nice ;
goto out ；
}
/ 3 軟實時進程3 /
weight=1000+p->rt priority ；
goto out ；
return weight ；
} -