一种Windows系统实时扩展的两级调度方法

摘要

本发明涉及一种Windows系统实时扩展的两级调度方法，利用Windows系统亲缘性设定，对系统CPU资源进行重新分配，指定实时任务运行核心，以保证实时任务所需资源；设置IOAPIC重定向表，使外部中断指向特定内核处理，不会影响实时内核的运行；同时，利用Local APIC的时钟中断计数器，为任务调度提供高精度时钟信号；再利用WinDbg从NTDLL中获取Windows进程、线程操作函数入口地址，封装成DLL，形成任务控制的基本接口；对内核任务控制块和任务队列进行锁定与映射，使得调度算法的编写与调试可以在用户态进行，最后挂入Local APIC高精度时钟的中断处理例程中，完成实时内核调度算法。

主权项

一种Windows系统实时扩展的两级调度方法，其特征在于步骤如下：步骤1：利用Windows系统中进程和线程CPU亲缘性标志位，对系统资源进行重新分配，把系统中所有进程和线程都指向非实时内核，空出运行实时任务的CPU核心，为实时任务提供足够的运行资源；步骤2：同时操作接口封装、中断管理以及内存锁定与映射这三个部分来实现实时任务的运行：a)借助于微软公司提供的系统服务描述符表SSDT，利用已知的Windows接口特征码，搜索系统内存指令，获取进程和线程的创建、挂起、恢复、终止四个基本操作的函数入口地址，并根据系统函数原型，利用嵌入汇编进行调用，完成特定操作接口的封装；b)使用IOAPIC可编程中断控制器编程把外部中断分派给各个非实时内核，避免外部中断对实时内核的干扰，通过设定实时内核内的初始计数寄存器上的计数值，产生10‑100微秒的定时信号，为实时调度程序提供调度信号；c)在内核态下预先申请连续的物理页面，对其进行锁定，防止该页面的换入换出，利用MDL机制，对该物理页面进行用户态映射，使用户态和内核态能够操作同一块物理空间，避免运行模式切换时造成的数据拷贝，将线程控制块TCB和进程控制块PCB映射为用户可用地址，在用户态下进行调度算法的编写与调试；步骤3：系统在执行具体任务时，根据不同的任务类型，采用不同的处理内核调度策略，普通任务、Windows系统任务和外部中断使用非实时内核处理，采用Window系统自身的调度策略；实时任务、指定的特殊中断将会被实时内核模块处理，采用实时调度机制，从而实现Windows实时扩展的两级调度；所述实时调度机制的步骤如下：步骤a：按照线程固有优先级将线程TCB插入READY_LIST；步骤b：根据线程运行结果将状态改变的线程TCB直接变换链表；步骤c：利用软中断陷入内核进行任务切换，在调度时首先需要将DELAY_LIST中开始时间已到的线程插入READY_LIST中；步骤d：对当前调度情形做判断，查看最高优先级任务是否改变：若没有改变则直接结束时钟中断处理，任务接着运行；若有改变则进入DPC例程进行相关调度，选出READY_LIST中优先级最高且状态为READY的线程，恢复其运行。