一種適用于數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及實(shí)時(shí)系統(tǒng)領(lǐng)域的任務(wù)容錯(cuò)實(shí)時(shí)調(diào)度技術(shù)，具體是一種適用于數(shù)控系統(tǒng) 的實(shí)時(shí)調(diào)度算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)控系統(tǒng)不僅需要保證其實(shí)時(shí)任務(wù)在規(guī)定時(shí)限內(nèi)正確完成，還需要保證系統(tǒng)在 出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)能夠提供標(biāo)準(zhǔn)或降級(jí)服務(wù)。若系統(tǒng)不能在規(guī)定時(shí)限內(nèi)輸出正確結(jié)果，將嚴(yán) 重影響工件的加工質(zhì)量，甚至造成安全生產(chǎn)隱患。容錯(cuò)技術(shù)通過增加冗余資源的方法 來屏蔽故障對(duì)系統(tǒng)功能的影響，針對(duì)單處理器實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的軟件運(yùn)行故障，Ching-chih Han等人發(fā)表的《AFault-TolerantSchedulingAlgorithmforReal-TimePeriodic TaskswithPossibleSoftwareFaults》（干丨J物《IEEETransactionsonComputers》 2003, 52 (3) : 362-372)對(duì)主/副版本容錯(cuò)技術(shù)進(jìn)行研究，提出了基于截止期限機(jī)制的BCE算 法。BCE在調(diào)度前采用固定優(yōu)先級(jí)調(diào)度策略為副版本預(yù)分配處理器時(shí)間，并在調(diào)度過程中采 用CAT子算法預(yù)測(cè)主版本的可執(zhí)行性，選擇可行的主版本執(zhí)行，同時(shí)采用EIT子算法在系統(tǒng) 空閑時(shí)選擇副版本提前執(zhí)行，以避免處理器時(shí)間的浪費(fèi)，獲得較好的調(diào)度性能。處理器利用 率較高時(shí)，CAT子算法的預(yù)測(cè)精度較低，無法有效地避免處理器時(shí)間的浪費(fèi)。韓建軍等人在 《基于軟件容錯(cuò)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)度算法》（期刊《計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展》2005, 42 (2) : 315-321)中 對(duì)CAT子算法的預(yù)測(cè)精確性進(jìn)行改進(jìn)，提出了PKSA(EBPA)和CUBA算法，通過若干次試探 性檢測(cè)可取得較CAT子算法更優(yōu)的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性，其試探次數(shù)的確定以及有限次試探操作使 得算法的在線開銷太大。
[0003] 此外，現(xiàn)有基于主/副版本容錯(cuò)技術(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)度算法所采用的預(yù)分配子算法所確 定的副版本預(yù)留處理器時(shí)間在任務(wù)調(diào)度過程中需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整，這將增加系統(tǒng)的調(diào)度開銷， 并降低算法對(duì)主版本可執(zhí)行性的預(yù)測(cè)精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中實(shí)時(shí)調(diào)度算法調(diào)度性能不佳且調(diào)度開銷太大的情況，本發(fā)明要解 決的技術(shù)問題是提供一種改善算法調(diào)度性能并降低處理時(shí)間的一種適用于數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí) 調(diào)度的方法。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種適用于數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)度 的方法，包括以下步驟：
[0006] 為數(shù)控系統(tǒng)中每個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)定義兩種相互獨(dú)立的可執(zhí)行版本：主版本和副版本；
[0007] 采用預(yù)分配算法為副版本預(yù)留處理器時(shí)間，確定副版本的通知時(shí)刻；
[0008] 數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，采用RM算法對(duì)主版本進(jìn)行調(diào)度，在每個(gè)調(diào)度時(shí)刻，采用預(yù)測(cè)算 法逐個(gè)檢測(cè)當(dāng)前就緒隊(duì)列中的就緒任務(wù)的主版本的可執(zhí)行性，并調(diào)度執(zhí)行經(jīng)預(yù)測(cè)可執(zhí)行的 主版本；
[0009] 如果在副版本的通知時(shí)刻前主版本成功完成調(diào)度，則撤銷其對(duì)應(yīng)副版本，并釋放 為副版本預(yù)分配的處理器時(shí)間；如果執(zhí)行到副版本的通知時(shí)刻對(duì)應(yīng)主版本尚未完成，副版 本搶占當(dāng)前主版本執(zhí)行，并終止對(duì)應(yīng)主版本。
[0010] 所述任務(wù)的副版本為主版本功能的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，提供應(yīng)用可接受的低精度結(jié)果，副 版本的執(zhí)行時(shí)間小于等于主版本的執(zhí)行時(shí)間。
[0011] 所述采用預(yù)分配算法為副版本預(yù)留處理器時(shí)間，確定副版本的通知時(shí)刻，具體 為：
[0012] 副版本在預(yù)分配過程中占用的時(shí)間間隔為其運(yùn)行時(shí)的預(yù)留處理器時(shí)間，副版本的 預(yù)留處理器時(shí)間段的起始時(shí)刻即為副版本的通知時(shí)刻。
[0013] 所述預(yù)測(cè)算法通過計(jì)算主版本在[t，STu]內(nèi)的可用處理器時(shí)間來檢測(cè)主 版本Pi，j是否可執(zhí)行的計(jì)算公式為：
[0014]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種適用于數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)度的方法，其特征在于，包括以下步驟： 為數(shù)控系統(tǒng)中每個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)定義兩種相互獨(dú)立的可執(zhí)行版本：主版本和副版本； 采用預(yù)分配算法為副版本預(yù)留處理器時(shí)間，確定副版本的通知時(shí)刻； 數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，采用RM算法對(duì)主版本進(jìn)行調(diào)度，在每個(gè)調(diào)度時(shí)刻，采用預(yù)測(cè)算法逐 個(gè)檢測(cè)當(dāng)前就緒隊(duì)列中的就緒任務(wù)的主版本的可執(zhí)行性，并調(diào)度執(zhí)行經(jīng)預(yù)測(cè)可執(zhí)行的主版 本； 如果在副版本的通知時(shí)刻前主版本成功完成調(diào)度，則撤銷其對(duì)應(yīng)副版本，并釋放為副 版本預(yù)分配的處理器時(shí)間；如果執(zhí)行到副版本的通知時(shí)刻對(duì)應(yīng)主版本尚未完成，副版本搶 占當(dāng)前主版本執(zhí)行，并終止對(duì)應(yīng)主版本。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)度的方法，其特征在于，所述任 務(wù)的副版本為主版本功能的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，提供應(yīng)用可接受的低精度結(jié)果，副版本的執(zhí)行時(shí)間 小于等于主版本的執(zhí)行時(shí)間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)度的方法，其特征在于，所述采 用預(yù)分配算法為副版本預(yù)留處理器時(shí)間，確定副版本的通知時(shí)刻，具體為： 副版本在預(yù)分配過程中占用的時(shí)間間隔為其運(yùn)行時(shí)的預(yù)留處理器時(shí)間，副版本的預(yù)留 處理器時(shí)間段的起始時(shí)刻即為副版本的通知時(shí)刻。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)度的方法，其特征在于，所述預(yù) 測(cè)算法通過計(jì)算主版本Pu在[t，SU內(nèi)的可用處理器時(shí)間來檢測(cè)主版本Pu是否可 執(zhí)行的計(jì)算公式為：
其中，集合A+Set^Ut彡STx，y彡STy}，表示預(yù)留處理器時(shí)間位于[t，STi，j]內(nèi)的 副版本集合，STi;j為副版本的通知時(shí)亥lj，集合hp⑴={TjGrIpriopprioJ表示優(yōu)先級(jí)高 于t,的任務(wù)集合，（給出公式中各參數(shù)的含義）； 在調(diào)度時(shí)刻t，主版本Pi;」的剩余執(zhí)行時(shí)間為remain^」，則預(yù)測(cè)算法判斷Pi;」可執(zhí)行的 充分條件是。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種適用于數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)度的方法。其步驟在于包括：為數(shù)控系統(tǒng)中每個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)定義兩種相互獨(dú)立可執(zhí)行版本：主版本和副版本；任務(wù)調(diào)度前，采用InvSeq_Preallocation預(yù)分配子算法為副版本預(yù)留處理器時(shí)間，確定副版本的通知時(shí)刻；采用固定優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法對(duì)主版本進(jìn)行調(diào)度，在每個(gè)調(diào)度時(shí)刻，采用PPA預(yù)測(cè)子算法逐個(gè)檢測(cè)當(dāng)前就緒隊(duì)列中的就緒任務(wù)主版本的可執(zhí)行性，并調(diào)度執(zhí)行經(jīng)檢測(cè)可執(zhí)行的主版本；主版本成功完成時(shí)，撤銷其對(duì)應(yīng)副版本，并釋放為副版本預(yù)分配的處理器時(shí)間；當(dāng)執(zhí)行到副版本的通知時(shí)刻時(shí)，副版本搶占當(dāng)前主版本執(zhí)行，并終止對(duì)應(yīng)主版本。本發(fā)明能夠提供更精確的主版本可執(zhí)行性預(yù)測(cè)，從而有效避免處理器時(shí)間的浪費(fèi)，提高主版本的成功率。
【IPC分類】G05B19-18
【公開號(hào)】CN104570915
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310470415
【發(fā)明人】郭銳鋒, 劉嫻, 王鴻亮, 張憶文, 卜霄菲
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)計(jì)算技術(shù)研究所有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2013年10月9日