实时操作系统容错调度技术的研究与实现

随着实时计算技术的飞速发展,越来越多的安全关键应用依赖实时系统作为核心控制部件,实时系统成为影响安全关键应用性能和可靠性的决定性因素。显然,提高实时系统的可靠性与提高实时系统的性能具有同样重要的意义。随着硬件可靠性的大幅度提高,实时软件的可靠性成为限制系统可信性的瓶颈。容错,作为保障实时软件可靠性的重要技术,已经成为实时系统研究的热点问题。 本论文详细分析了系统可靠性的基本概念,影响系统可靠性的各种因素,系统地介绍了基本的可靠性保障技术。在此基础上,本论文系统、深入地研究了容错实时调度的基本技术,认为以下问题制约着容错调度技术在实时系统中的应用:其一,容错的引入以资源冗余为代价,导致系统正常运行时的系统资源利用率降低;其二,以往研究的容错实时调度算法实用性不高,只能调度单一类型的实时任务,既未考虑同时调度具有容错需求的实时任务和无容错需求的实时任务,也未能同时调度周期任务和非周期任务。因此,研究和设计高效、简单、实用的容错实时调度算法是容错实时系统需要解决的首要问题。 在分析容错实时系统面临的主要问题基础上,本论文对容错实时调度算法进行了深入地研究,主要工作为:将非精确计算技术、资源回收技术与现有的实时调度算法相结合,提出了两种新的容错实时调度算法(IC-FT-EDF和RR-FTRM),在不降低算法的容错能力的前提下,提高了系统的资源利用率和任务吞吐量;基于资源预分配思想,提出了一种较通用的容错实时调度算法LP-FT,它可调度多种类型的任务,适用范围广泛;在理论上证明了上述算法的正确性,给出了可调度条件,并进行了算法分析;基于实时操作系统CRTOS 2.0,设计其容错调度模块,实现了LP-FT、FT-EDF和FTRM三种容错实时调度算法;对容错调度模块进行测试,结果表明,其时间和空间开销能够满足实时系统的要求。