一种嵌入式虚拟机的实时调度系统

摘要

本发明公开了嵌入式虚拟机的实时调度系统，包括位于各VM内的时间同步和预约模块、任务信息更新调度触发模块、任务资源监控调度触发模块、操作系统内部调度模块，负责在各个VM中收集信息并且实时触发VMM信息更新和调度进行；以及位于VMM内的计时器模块1S、任务信息收集模块、资源回收模块和任务调度模块，负责对各个VM的任务信息进行统计管理，并最终通过任务调度模块做出VMM层调度最终决策，并且监督各个VM操作系统内部的实时调度过程。该发明为开放实时系统提供低成本，高利用率的同时，保证了系统高实时性，并且利用可拆卸的服务器模块实现了可扩展性优化，充分利用虚拟化的安全和隔离特性，为整个实时系统带来了高可靠性，高吞吐率。

主权项

一种嵌入式虚拟机的实时调度系统，其特征在于，该系统包括位于各VM内的时间同步和预约模块(1C)、任务信息更新调度触发模块(2C)、任务资源监控调度触发模块(3C)、操作系统内部调度模块(4C)，它们负责在各个VM中收集信息并且实时触发VMM进行信息更新和调度；此外还包括位于VMM内的计时器模块(1S)、任务信息收集模块(2S)、资源回收模块(3S)和任务调度模块(4S)，它们分别对应于各个VM中的4个客户端模块，对各个VM的任务信息进行统计管理，并最终通过任务调度模块(4S)做出VMM层调度最终决策，并且监督各个VM操作系统内部的实时调度过程；所述时间同步和预约模块(1C)用于实现各VM和VMM的时钟同步，以便进行全局时钟的时间驱动任务调度；同时当有时间驱动任务输入时，时间同步和预约模块(1C)还根据该时间驱动任务的时间要求，发出时间预约请求给计时器模块(1S)，并且发出任务更新请求到任务信息更新调度触发模块(2C)；所述任务信息更新调度触发模块(2C)用于接收时间同步和预约模块(1C)的任务信息更新请求和外部事件驱动任务请求，并计算VM中位于SharedInfo结构中的任务信息块内容，输出Hypercall触发任务信息收集模块(2S)从SharedInfo结构中收集该VM中的任务信息，从而实现VMM对VM中的事件驱动和时间驱动的任务感知；所述任务资源监控调度触发模块(3C)，以系统中任务销毁事件作为输入，通过对该事件及时响应，更新位于SharedInfo结构中的任务信息，并输出Hypercall通知任务信息收集模块(2S)进行任务信息收集分析，进而引发重新调度，从而解决任务信息更新调度触发模块(2C)中WCET估算不精确导致的时间片浪费问题；所述操作系统内部调度模块(4C)主要承担操作系统内部的任务调度的任务，该模块由任务调度模块(4S)的VCPU调度触发，当操作系统内部调度模块(4C)所在虚拟机进入运行状态时，该模块将能按照全局优先级，以 及内部系统调用的抢占实现对VM操作系统的任务进行优先级抢占调度；所述计时器模块(1S)通过SharedInfo信息块与运行中的VM时间同步，并用于向任务调度模块(4S)输出重新调度请求；所述任务信息收集模块(2S)用于收集任务信息，任务信息收集模块(2S)在任务信息更新调度触发模块(2C)和任务资源监控调度触发模块(3C)向其发送任务信息收集Hypercall时，用于对各VM中的任务进行收集；此外，任务信息收集模块(2S)在接收到资源回收模块(3S)的更新请求时，对任务信息块中下次调度时间和阈值的最新计算值进行更新；所述资源回收模块(3S)利用任务信息收集模块(2S)更新得到的下次调度时间和阈值，计算不重新调度情况下所取得的平均收益与花费dt时间进行重新调度情况下所获得的收益进行比较，重新计算最新资源回收阈值，以便资源回收时避免没有任何增益的重新调度，dt为预测试出的XenARM的一次调度和中断处理延迟最长时间和；所述任务调度模块(4S)用于接收重新调度请求，检测是否需要重新调度，以将多余的时间片分给其他优先级更高或者即将有时间驱动任务的VM运行；若需要重新调度，针对全局任务信息结合响应比优先和EDF算法进行第一层VM调度后，使得各VM开始调度运行，进而使得VM内部的操作系统内部调度模块(4C)开始第二层调度，并触发资源回收模块(3S)结合全局任务信息对资源回收阈值进行重新计算和更新。