（计算机应用技术专业论文）动态实时任务调度服务中关键技术的研究与实现.pdf

东南夫学碗i ：学位论文 论文图表索引 lc o r b ao r b 体系结构图6 2 实时c o r b a 优先级映射1 3 表i 袭2 表3 表4 袭5 表6 表7 表s 表9 实时c o r b a 体系结构1 5 动态调度优先级表2 0 优先级调度算法比较2 4 o r t b u s 系绒体系结构“ r t c o r b a ：c u r r e n t 类圈3 4 r t c o r b a ：g l o b a l 类j j ( i3 7 r t c o r b a ：p r i o r i t y m a p p l n g 类幽3 l r t c o r o a ：t h r c a d p o o l _ d y n a m i ct i m e 类图 3 9 o r t b u s 系统的测试环境示意图4 2 调度任务集设定一4 3 重要任务与1 f 重要任务的端剑端响应时间比较4 9 重要任务与1 f 重要任务的端剑端响应时间抖动比较4 9 不同调度算法策略下的实现价值率5 0 不同调度算法策略下的加权截止期保证率5 1 不同线程池机制的端到端响应时间比较5 2 不同线程分派机制的端到端响应时间比较 多参数调度算法数据结构一一2 9 任务接收策略算法描述。3 0 任务完成策略算法描述一3 l 动态优先级表更新机制。3 5 动态优先级表霞询机制3 6 线性优先级映射机制3 8 线程创建时的优先级分配机制 请求分配时的线挫分派机制4 o r t b u s 系统的测试环境一览表一4 2 第4 页共5 8 贞 o 2 3 4 5 6 7 3 豳图图图瞄绺幽幽随酗豳圈图幽图幽豳图 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生虢乒日期：迹弩 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 i 掳 日期： 弘。_ 7 ￥夕 东南大学硕k 学位论j 摘要 c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e ，通h | 对象请求代理体系架构) 技术是当前最具有影响力的分布对象计算技术。c o r m 规范成为开放的，基丁：客户服务器模 式的，面向对象的分布对象计算的t 业标准。但是通_ i j c o r b a 无法满足军事、电信，航空和 制造等实时领域的应埘需求。这就要求c o r b a 技术本身进行拓展以支持实时的麻埘。 。 本论文的研究目的是实现一个较为完善的实时c o r b a 系统。本系统的调度对象为周期性 硬实时任务集，其中，对于每个周期性硬实时任务都有周期、释放时间，截止期和价值等 特征参数。在客户端发起调抖j 时综合考虑任务的多个特征参数进行调度。同时改造原有系统 的线程池机制，实现多种线稃池机制。并且实现多种从请求队列到操作系统线样的分派机制， 以更好地满足任务的实时要求。 本论文韵主要贡献体现在以下几个方面： ( 1 ) 多参数实时任务调度算法的实现 实时c o r b a 规范定义了r t c u r r e n t 对象，用于与任务相关的实时信息的存取，需要扩展 r t c u r r e n t 对象，使得可以存取截止期等各种实时特征参数以方便系统调度时动态的获取相 应的任务优先级。实现一种综合考虑任务多个特征参数的调度算法，该算法采_ 【 j 优先级表的 设计方法，并且不需要预先确定任务参数的典型值而计算优先级表，而是在线地为任务分配 优先级，并按照优先级调度这些任务 2 ) 多种线程池机制的研究与实现 为了满足实时c o r b a 系统服务端的应用需求，实现四种线程池机制，分别是动态线科池 机制，考虑时间因素的动态线程池机制，带有通道的线程池机制、多线程池机制。 ( 3 )多种线程分派机制的研究和实现 线程分派机制与服务器端的调度性能有很人的关系。在线程池中线程已经分配完毕，线 程数量倒定的情况下，应该考虑如何为它们分配操作系统优先级才能提高系统的性能。在线 程池中线程数量和优先级都同定的情况下，应该考虑如何将请求队列中的任务按照它们的实 时特征参数分派给线程去执行，保证硬实时任务的按时完成。 本论文对动态更新优先级表的调度算法进行测试；对重要任务与非重要任务的端到端 响应时间进行比较，在增加非重要任务种类的基础上，测试重要任务的端剑端响应时间，并 且比较非重要任务和重要任务的端剑端响麻时间抖动；对不同调度算法策略f 的实现价值率 和加权截l e 期保证率，多种线程池机制下的任务请求响应时间、多种线程分派机制f 的任务 请求响应时间进行测试 1 关键词lc o r b a ，实时，实时调度，线程池 第l 页共5 8 页 东南大学碗i ：学位论文 a b s t r a c t c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e r a r c h i t e c t u r e ) t e c h n o l o g yi st h em o s ti n f l u e n c i n g d i s t r i b u t e d - o b j e c t - c o m p u t i n gt e c h n o l o g ya tp r e s e n t , c o r b as p e c i f i c a t i o nb e c o m e sa no p e n c l i e n t s e r v e rs t r u c t u r eh a s e da n d o b j e c t o r i e n t e d i n d u s t r i a ls t a n d a r di n d i s t r i b u t e d - o b j e c t - c o m p u t i n gf i e l d h o w e v e r , i nt h em i l i t a r y , t e l e c o m m u n i c a t i o n ，a v i a t i o na n d m a n u f a c t u r i n gd o m a i n s ，r e g u a l rc o r b ac a n n o tm e e tt h er e a l - t i m er e q u i r e m e n t sn e e d e d s oi ti s n e c e s s a r yt oe x t e n dr e g u l a rc o r b a 幻s a t i s 分r e a l t i m er e q u i r e m e n t s 1 m em a i no b j e c t i v eo ft h i st h e s i si st oi m p l e m e n tar e a l t i m ec o r b as y s t e mt os u p p o r t d y n a m i cs c h e d u l i n g t h es c h e d u l i n go b j e c t sa r ep e r i o d i ch a r dr e a l - t i m et a s k s e a c ho ft h et a s k s h a ss u c hr e a l - t i m ep a r a m e t e r s f o i l o w s ：p e r i o d r e l e a s et i m e d e a d l i n ea n dv a l u e w h e nt h ec l i e n t s t a r t st h es c h e d u l i n gp r o c e d u r e ，w es h o u l dc o n s i d e rm o r et h a no n ep a r a m e t e r a tt h es a m et i m e ， t h et h r e a d p o o lj nt h eo r t b u ss y s t e ms h o u l db er e c o n s t r u c t e d m a n i f o i dt h r e a d p o o lm e c h a n i s m a n dm a n i f o l dt h r e a dd i s p a t c hm e c h a n i s ma r en e e d e dt os a t i s f yr e a l - t i m er e q u i r e m e n t sb e t t e l t h em a i nc o n t r i b u t i o n so f t h i st h e s i sa r ca sf o l l o w i n g ： ( 1 ) t h e i m p l e m e n t a t i o n o f m u l t i p l ep a r a m e t e r sr e a l - t i m e t a s ks c b e d u l i n ga l g o r i t h m r e a l - t i m ec o r b as p e c i f i c a t i o nd e f i n e st h er t c u r r a n to b j e c tt od e p o s i tr e a l - t i m ei n f o r m a t i o n o ft h e 诅s l ( s s ot h er t c u r r e n to b j e c ts h o u l db ee x t e n d e d t h i st h e s i si m p l e m e n t sak i n do f r e a l t i m es c h e d u l i n ga l g o r i t h mc o a c e m i n gm o r et h a no n ep a r a m e t e r t h i sa l g o r i t h mi sb a s e do n p r i o r i t yt a b t e ，t h es y s t e mc a na s s i g np r i o r i t i e st ot a s k so n - b n e ， ( 2 ) t h er e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no f m a n i f o i dt h r e a d p o o lm e c h a n i s m t os a t i s 母t h ea p p l i c a t i o nr e q u i r e m e n t so f t h es e r v e re n d i nt h er e a l - t i m ec o r b as y s t e m ，t h i s t h e s i si m p l e m e n t sf o u rk i a d so f t h r e a d p o o lm e c h a n i s m t h e s e 珊d y n a m i ct h r a a d p o o lm e c h a n i s m t i m ec o n s i d e r e dd y n a m i ct h r e a d p o o lm e c h a n i s m w i t hl a n e st h r c a d p o o lm e c h a n i s ma n dm u l t i p l e t h r e a d p o o lm e c h a n i s m ( 3 ) t h er e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no f m a n i f o i dt h r e a dd i s p a t c hm e c h a n i s m t h et h r e a dd i s p a t c hm e c h a n i s mp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h ep e r f o r m a n c eo fs e r v e re n d si n t h es y s t e m ，w h e na l lt h et h r e a d si nt h r e a d p o o lh a v eb e e nt r e a t e d ，t h e r ea r ed i f i e r e n tm e t h o d st o a s s i g nt h ec o r b ap r i o r i t i e s t ot h e m a l s o w h e nt h et h r e a d sh a v eb e e na s s i g n e dt o c o r r e s p o n d i n gp r i o r i t i e s ，t h e r ea r ed i f f e r e n ts t r a t e g i e st oa l l o c a t et h e s et h r e a d st ot h er e q u e s t si na w a i t i n gq u e u e ， t h i st h e s i st e s t st h es c h e d u l i n ga l g o r i t h mw h i c hc a l lu p d a t et h ep r i o r i t yt a b l ed y n a m i c a l l y ； c o m p a r e st h ee n d - t o - e n dr e s p o n s et i m eb e t w e e nc r i t i c a lh a s k sa n dn o n - e r i t i c a lt a s k s i n c r e a s e st h e h u mo fn o n - c r i t i c a lt a s k sa n dt e s t st h ee n d - t o - e n dr e s p o n s et i m eo fc r i t i c a it a s k s ；t e s t st h ev a l u e h i tr a t i oa n dt h ew e i g h t e dd e a d l i n eg u a r a n t e e dr a t i ou n d e rd i f f e r e n ts c h e d u l i n ga l g o r i t h m s t r a t e g i e s ；t e s t st h ee n d - t o - e n dr e s p o n s et i m eo fm a n i f o l dt h r e a d p o o lm e c h a n i s ma n dm a n l f o l d t h r e a dd i s p a t c hm e c h a n i s m f k e y w o r d s lc o r b a ，r t - t i m e , r e a l t i m e s c h e d u l i n g ，t h r e a d p o o ! 第2 页共5 8 页 东南人学码! j ：学位论文 i 1 研究背景 1 1 1c o r b a 简介 第一章引言 随着i n t e r n e t 的广泛运 3 ，将应用扩展到局域网、广域网甚至i n t e r n e t 上已成为h j 户的 昔遍需求，这样分布计算成了热点。而分布计算静遍具有异杠j 的特点在分布且异构的环 境中。开发应用软件和集成应用软件是一件复杂而又容易产生错误的：l ：作，但这恰恰是分布 对象计算技术的特k ，分布对象计算技术有助丁提高分布异构环境卜戍用软f f ：开发和集成的 皴率，降低开发和集成的难度，使得应h j 软仆具有更好的可重埘性可移植性景j 可扩展性。 随着分布对象计算技术的不断发展，各种分布对象计算模跫书i 标准麻远而生当前士要 有0 m g 组织昀c o r b a 标准、m i c r o s o f t 公葡的c o d c o m 标准，s u n 公司的j a v ar m i 标准。 由于突出的异构环境支持能力，使得c o k b a 成为其中晟具有影响力的技术。o m g ( o b j e c t m a n a g e m e n tg r o u p ) 组织制定的c o r b a ( c o m m o n0 b i e c tr e q u e s tb r o k e r a r c h i t e c t u r e 通用对 象请求代理体系结构) 规范将面向对象的概念糅合剑分布计算中，定义了一纽与实现无 关的接口方式，引入代理机制分离客户年服务器，使得c o r b a 规范成为开放的，基丁客户 ，服务器模式的、面向对象的分布计算的j ：业标准。 c o r b a 技术在充分发挥新技术的优势和克服已有方法缺妫的基础上引入了白身的新 特色，使之成为新一代分布计算技术中有影响力的j ：业规范。目前，c o r b a 技术已经在制 造、l 毡信、金融、屯子商务军事、航空、航天、教育和交通运输答应删领域的软纠：系统中 得剑了广泛运用。 1 1 1 1o r b 体系结构图 o m g 封1 织成立后不久就制订了o m a ( o b j e c tm a n a g e m e n t a r c h i t e c t u r e ，对象管理体系 结构) 参考模型。该模翟描述了o m g 的规范所遵循的概念化的基础结构，其核心部分是 o r b ( o b j e c tr e q u e s tb r o k e r 对象请求代理) 它提供一种代理机制使得分布式环境中的 对象可以透明地发出请求和接收响应。c o r b ao r b 的体系结构“1 如i ! | l 所示： 在该体系结构中，主要描述了以+ f 主要内容： 1 对象( o b j e c t ) - c o r b a 的程序实体，包括了接口及其兵体实现( s e r v a n o 。 2 对象实现( s e r v a n t ) 在c o r b a i d l 接口中定义的操作之具体编鞋实现，它可以由 c ，c + + ，j a v a ，s m a i l t a l k 或a d a 中任何一种编程诺言来实现。 3 客户端( c l i e n t ) 发起对象调h 的主体。对于客户端来说，发起一个远稃对象调h j 就像本地对象凋用一样是透明的，而o r b 结构中的其他部r l ：提供了对此透明性的支持。 4 o r b 核心( o r b c o r e ) 它为客户与耳标对苏的实现提供一种代理机制，使得分布 式环境中的对象可以透明地发出请求晨j 接收响应，从而简化分布式编稃的细节。当一个 客户发起调瑚时，o r b 核心负责为其找剑目标对象实现并激活，发送请求报文至目标 对象端、并传同调坍结果给发起者 第5 页共5 8 页 东南人学碗十学位论文 圈匿 输入参盎 客户端 沙 墙棼糟谖问擅 对象实现 ij “惨氟蛐y 占去 l 动态调l i 掏絮ii 蠢if f 用接口f i d l 桩0 r b 接口 对象适配器 f f g i i o ，i i o p f o r b 核心 图1c o r b a o r b 体系结构图 5 o r b 接口( o r bi n t e r f a c e ) o r b 从逻辑上说也是一个实体，因此它可以有多种实 现方式( 例如多个进稃或一系列的类序) 。为了使席刚程序不受实现细捧的影响，c o r b a 规范为o r b 定义了抽象的接e 1 。这些接口提供了系列的辅勘功能，例如对象引_ j ( o b j e c tr e f e r e n c e s ) 与字符串的互相转换刨建一个动态调_ l i j 接口中的参数州表等。 6 c o r b ai d l 桩与构架( c o r b ai d l s t u b sa n ds k e l e t o n s ) c o r b ai d l 桩和构架就 好比是客户端、服务端与o r b 间的枯合剂。从c o r b ai d l 语言定义剑具体编稃语言 的映射是由c o r b ai d l 编译器米自动完成的，它减少了客户桩( s t u b s ) 与服务器构架 ( s k e l e t o n s ) 问不一致的潜在可能性。 7 动态调用接1 2 1 ( d y n a m i ci n v o c a t i o ni n t e r f a c e ) 该接口允许客户直接凋o r b 的底 层谚求机制而不需要1 d l 桩的介入， 8 动态构架接e l ( d y n a m i cs k e l e t o n i n t e r f a c e ) 这起服务器端与客户端d i i 相对麻的部 件它允许o r b 把凋脂请求直接发给对象实现而不需要知道对象的接口信息。 9 对象适配器( o b j e e ta d a p t e r ) 它协助o r b 把客户请求分发给对象，更为重要的是 它连接了o r b 核心与对象实现 1 1 1 2c 0 r b a 技术特点 c o r b a 技术与m i c r o s o f t 的c o m d c o m ( c o m p o n e n to b j e c tm o d e i o i s t r i b u t e dc o m 组f l ：对象模型分布组件对象模璎) 标准、s u n 公司的j a v ar m i ( j a v ar e m o t em e t h o d i n v o c a t i o n ，j a v a 远程方法调川) 标准是分布对象计算领域的主流。 与其他的分布式计算技术相比，c o r b a 技术的主要特点“是： 1 引入了代理( b r o k e r ) 的概念。一个代理至少可以有三个方面舶作川：完成对客户 方提山的抽象服务请求的映射；自动发现和寻找服务器；白动改定路由。 2 将面向对象的概念与分布计算相互结台。c o r b a 技术秉承了面向对象技术的所有优 点，使基了：c o r b a 技术开发的分布式应用系统具有良好封缝性和继承性，提高了 软件开发的效率。 3 。客户端程序与服务器端程序的完全分i 暂。在统一接口描述语言i d l 的支持f ， c o r b a 应用系统的客户端平l j 服务端可以独立开发，为系统的维护带米了便利。 第6 页共s 8 页 东南大学硕 学位论文 4 ，操作系统平台独立性、编平! i | 语言无关性c o r b a 系统屏蔽了操作系统与编程语言的 异构性，使得基于c o r b a 技术开发的应_ l j 系统可以运行了不同的操作系统平台( 如 w i n d o w s s o l a r i s l i n u x ) ，以多种编程语育实现( 如c 十+ ，c 、j a v a ，s m a l l t a l k 、a d a 莆lc o b o l ) 。 5 提供了软件总线的机制。所谓软件总线是指c o r b a 系统定义了一组接1 2 1 柜房任 何应用程序、软件系统或 ：具只要具有与该接口规范相符合的接口定义，就能方便 地集成到c o r b a 系统中，而这个接口规范独立于任何实现语言和i 环境。也就是说 c o r b a 规范支持服务对象的佛置透明性、实现透明性，执行状态透明性平通信机 制透明性。只要按照o m gi d l 接口描述语言对服务对象所提供的服务进行描述， 客户应j j i 和服务对象之问就可以透明的交互运行。 1 1 2 实时c o r b a 系统研究背景 在c o r b a 技术不断拓展鹿用范围，应用于制造、军事、电信以及航空航天等各领域的过 程中，需耍c o r b a 系统支持客户服务器交互的严格时间限制需求。这样的麻用系统一般称作 为分布式实时系统。然而，大量的研究和实践表明。传统的c o r b a 规范以及相应的c o r b a 产品 并不适用于分布式实时系统的开发和运行。因此，c o r b a 技术本身需要进行拓展或者改进以 支持实时应用的需求。 实际上。实时处理和实时系统的研究i ：作已经具有了相当长的历史。传统的实时处理技 术主要应_ i j 丁嵌入式控制系统，由于嵌入式环境的特殊要求，实时系统所能够利心的系统资 源相当有限随着实时系统规模的扩大和复杂性的增加，系统开发周期延k ，软r i ：质母无法 保证，技术的局限性和不断增长的应需求之间的矛盾日益突出迫切需要将分布对象计算 等软件技术的新进展融合到传统的实时处理技术中。 为了有效地解决分布对象计算在实时应刚领域所面临的日茄复杂的问题o m g 组织丁 1 9 9 6 年1 2 b 发布了“实时c o r b a f q 皮1 5 ”，阐明t o m g 组织所考虑的实时c o r b a 技术的基本范 畴和o m g 组织的有关实时系统的概念。此后o m g 组织_ 丁| 1 9 9 7 年9 月提山了实时c o r b a 的 r f p ( r e q u e s tf o rp r o p o s a l ) 。得到了米白a l c a t e l 、h e w l e t p a c k a r d ，l u c e n t 、0 0 c ，s u n 、 t r i p a c i f i c 、n o r t e l 、l o c k h e e dm a r t i n 和v i s i g e n i c 等成员独立或联合提交的实时c o r b a 规范草案。最终，o m g 组织于1 9 9 9 年3 月发布了“实时c o r b a i ，0 规范”，2 0 0 2 年8 月发布了“实 时c o r b a l 1 规范”。2 0 0 3 年1 1 月，发布了“实时c o r b a 2 0 规范：动态调皮”。 1 1 2 1 实时系统的定义 实时系统( r e a l - t i m es y s t e m ) 相对于其他系统贝- 有以下特点： i 嵌入式 实时系统通常是嵌入式系统，也就是由封装好的软件系统控制与其相关的硬件。 2 与外部环境交互 实时系统通常需要与外部环境进行交互。 3 时限 对系统的响应时间有要求 4 实时控制 实时系统经常包括实时控制，从接收到的输入数据中做山控制决策。 第7 页共5 8 贝 东南人学颀l ：学位论文 5 “反应”系统 所谓“反应”系统是指系统由事件驱动并且必须对外界事件进行响应。 6 并发处理 绝人多数实时系统都具有并发处理的特点。 虽然实时系统的发展已有四十多年的历史，但至今尚无一个能被人们广泛接受的定义。 i e e e ( 美国电气屯子一i ：程师协会) 定义实时系统为“那些正确性不仅取决，丁计算的逻辑结果， 也取决于产生结果所花费的时间的系统。”牛津计算机词典对实时系统的定义为：“实时系 统是指产生系统输出的时间对丁系统至关重要的系统。通常是因为系统输入对应物理世界的 某些运动，同时系统输出也与一些运动相关。从输入到输出的之后时间必须足够小剑一个可 以接受的时限内。冈此实时系统逻辑上e 确性不仅取决于计算结果的土e 确性。还取决于输出结 果的时间” 这里的时限指系统执行时间的限制相对软件而害，这种时间限制体现剑组成软什系统 的任务的时间限制，也称为截| j = 期( d e a d l i n e ) 实时系统根据时限对其性能影响程度的不同，分为软实时系统( s o f tr e a l - t i m e s y s t e m s ) 和硬实时系统( h a r dr e a l - t i m es y s t e m s ) ”1 。软实时系统的时限柔性灵活，它 可以容忍偶然的超时错误，造成的后果并不严重，仅仅是轻微的降低了系统的吞吐龉。硬实 时系统有一个刚性的、不可改变的时间限制，它不允许任何超出时限的错误。超时错误会带 米损害甚至导致系统火败、或者导致系统不能实现它的预期目标。 1 1 2 2 实时c o r b a 的必要性 将实时性融入分布系统能够在满足实时需求的同时充分发挥分布式系统的作川但是， o m g 在制定通h jc o r b a 规范时，首先考虑的是互操作性，所以通川c o r b a 暴露出了在实时领 域的局限性： 1 缺乏服务质量( q u a l i t yo fs e r v i c e ，o o s ) 的支持。通_ l jc o r b a 没有在策略或机制 上提供端剑端的q o s 支持，客户端无法指定操作请求的优先级和时限等实时属性；服 务端只能按先来先服务的方式调度，无法合理配置系统资源。 2 缺乏性能优化。过多的数据拷贝。非优化的表示层转换，内部数据缓存机制产生的 非一致性延迟，低效的分解复刚算法，这些都会产生吞吐量和时延方面的闽题。 3 缺乏对实时性编程的支持。没有标准的方法进行异步请求调婀没要求o r b 通知客 户端传输层的流控制状态，没有定义线程模型等。 1 1 2 3 实时c o r b a 的应用需求 随着计算机技术的发展，实时c o r b a 系统在军事、电信、航空、制造等领域都有具体 的应州需求： ( 1 ) 军事领域：随着现代军事理论战术和战备的不断发展，c 3 1 ( c o m m a n d c o n t r o l ， c o m m u n i c a t i o na n di n t e l l i g e n c e ) 以及c 4 i ( c o m m a n d c o n t r o l ，c o m u n i c a t i o n ，c o m p u t e r a n di n t e l l i g e n c e ) 系统逐步得到了各国的重视。这些现代军事系统强烈地依赖丁快速、安 全和实时的信息供应链；实时地从各类传感坟备( 包括卫星、空中、水面以及水。r 的侦察设 备) 采集数据等。而实时分布对象中问作( 目前主要是实时c o r b a ) 就是其系统部署中的一 个重要组成部分。 ( 2 ) 电信领域：随着消费者对备类型媒体信息需求的不断增加。电信公司不得不在其 第8 巅共5 8 贞 东南人学碗l 学位论文 网络环境下，部署更人带宽和实时的传输服务以支持类似视频点播的应刚。此外，在网络管 理系统中，为了及时反映网络使刚状况与性能以及及时处理网络故障，需要实时监控机制的 支持以上的服务和应川都可以依托丁实时c o r b a 系统实现。 ( 3 ) 航空领域：当前的空中交通越来越繁忙，航空路线的拥塞和竞争也变得曰趋严重。 现代航空管制系统田而需要处理更高的交通流鼙和提供更有效的路线确定机制。实时的现代 航空管制系统将能及时确定危险情况，灵活地寻找合适的路线以舒缓交通拥塞，防j t 航空器 相撞。实时的现代航空管制系统也可以依托于实时c o r b a 系统进行开发和实现。 ( 4 ) 制造领域：c o r b a 技术和系统的应用一直是制造领域的热点。而许多制造企业的 车间的生产线都具有一定的实时需求。在生产一件产品的时候，机械手或机器入需要根据一 定的：j ：序，以一定的频率进行动作。而且，当机械手或机器人发生故障时，需要能够实时地 通知控制系统，以便及时干预。由此可见，在制造领域的生产环境中也需要实时c o r b a 系统支持相关控制系统的开发和运行。 1 1 2 4 实时c o r b a 研究现状 过去几年中，国际上对实时c o r b a 的研究取得代表性成果的有w a s h i n g t o n 人学计算机系 分布对象计算研究小组的t a o 系统和l r o d ei s l a n d 人学计算机系的n r a d u r ic o r b a 系统。 t a o 系统的研究集中在实时c o r b a 系统的体系结构乖j c o r b a 系统的性能优化策略，并在此 基础上实现了高性能的实时c o r b a 系统。t a o 系统的调度模型及其调度服务框架是建立在单个 服务器系统的基础上的，并没有考虑客户端系统的处理以及网络传输的时间消耗其实就是 单处理器的实时任务调度模型t a o 系统的调度服务主要是针对周期性任务组成的埂实时系 统，采h j 静态调度方法实现。目前，t a 0 系统的调度服务已经进行了扩展，能够支持静态调 度、动态调度和混合调度这儿种不同的调度策略。在线程池模块中，t a o 实现了高性能的线 程池模型，该模型中可以实现多个线程池，个线科池可以对应多个p o a ( p o r t a b l eo b j e c t a d a p t e r 可移植对象适配器) ，但是一个p o a 只可以对应一个线程池，在每个线挫池中，义可 以按照优先级对进行分块，以此米分别为不同优先级的请求任务提供线程进行调度，这也是 符合实时c o r b a 规范的一个实现。 n r a d u r ic o r b a 系统的目的则是为了支持c o r b a 系统动态的端剑端时间需求，与t a o 系统 不同，n r a d u r ic o r b a 系统是通过扩展i o n a 公司的c o r b a 产品o r b i x 系统实现的，冈此，它对 通川c o r b a 系统的修改相对较少。n r a d u r lc o r b a 系统的主要组成部什包括：实时参数描述 方法、全局时钟服务币l 全局优先缓服务。n r a d u r ic o r b a 系统的全局优先级服务是基丁动态 调度实现的采用的核心算法是e d f 算法。目前，n r a d u r ic o r b a 系统也支持以d m 算法为核 心算法的静态调度并提山了m p c p 资源共享协议。 在国内，从事分布实时对象计算技术研究的机构主要有：东南人学计算机学院、国防科 技人学计算机系、北京人学计算机系、两北工业人学计算机系和中科院软仆所笛。文献”1 中，国防科技人学的研究人员基丁二s t a r b u s 3 0 分布计算平台，独立开发了符台c c m 3 0 规范， 支持高井发访问的s t a r c c m 2 0 麻埘服务器并在这个服务器中实现了一个高性能线转! 池模 型，该模型考虑了空闲线稃的等待时间，在系统中请求任务过多时动态刨建线挫，在请求任 务减少时又可以动态销毁线稗。但是该模氆的请求任务队列是一个单向链表，无法体现不同 优先级任务的重要性差异。文献”1 中，西北工业大学的研究人员也在d h c p 服务器中席川了 线程池技术，同样的，在该服务器中对于请求任务也是一个简单的列表，无法体现不同任务 的优先级。文献”中，中科院自动化研究所在基丁c o r b a 的网络制造应川系统中实现了动态 优先多线程池机制，在该系统中，在服务器端增加了一个分发请求的土线程，士线样将请求 分发给不同的线稃池所对应的请求队列中。由该请求队刿为线程池提供请求的先后顺序。在 文中，虽然证明了多线程池相对于单线稃池的性能提升，但是没有给山土线样分发请求给备 第9 页共5 8 页 东南大学顾上学位论文 个线挫池请求队列的具体算法 东南人学计算机学院网络实验室提出了端到端实时c o r b a 系统调度模型，该模型综合考 虑了客户端系统处理、服务对象处理、网络传输等几大主要因素并 g 以o r b u s 系统为基础。 通过端剑端实时c o r b a g 统调度模型及其算法，实现了实时c o r b a 原型系统：o r t b u s 系统。在 o r t b u s 的线程池模型中，所有线张都是在服务器端启动时创建，茹且按j ! l i 缺省的优兜级延行， 不同的优先级请求任务加入不同的任务队列，服务线程每处理完一个请求，都会按照一定的 策略判断是否需要回收线程到线程池中 1 2 论文的主要内容及贡献 本论文的研究耳的是实现一个较为完善的实时c o r b a 系统客户端可以接受心户设定任 务的备种实时参数，并且综合考虑任务的多个实时特征参数进行调度。同时在服务端政造原 有系统的请求服务机制，实现多种线程池机制平多种线程分派机制。 本论文的研究内容： ( 1 ) 多参数实时任务调度算法的实现 为了实现支持动态调度的实时c o r b a 系统，需要在系统中各个部分实现相庵的机制： 1 实时任务参数的表示机制 实时c o r l 3 a 规范定义了r t c u r r e n t 对象用于：与任务相关的实时信息的存敢扩展 r t c u r r e n t 对象使得可以存取截j l 期等各种实时特征参数以动态的获取相应任务的优先级。 2 多参数实时调度算法的实现 实现一种综合考虑任务多个特缸e 参数的调度算法。采刈优先级表的i 殳计方法，l ：且不需 要预先确定任务参数的典烈值而计算优先级表，而是在线地为任务分弄己优先级并按照优先 级调度这些任务。系统运行过程中，当有任务调度完成时，需要按照该算法动态地更新优先 级表。 3 。 实现多种线程池机制，来满足实时c o r b a 系统服务端的应用需求，包括动态线稃池机制； 考虑时间困素的动态线程池机制；带有通道的线程池机制：多线程池机制。 ( 2 ) 服务端多种线群分派机制的研究和实现 现有的操作系统只支持线稗按照旧定优先级调度因此需要研究线稃分派机制以往得实 时c o r b a 系统可以在胤定优先级调度的操作系统上高效地实现。线张池中与线榉相关的属性 有线程的数量和线程的优先级，在线程池中线程已经分配完毕，线群数鼙问定的情况下，鹿 该考唐如何为它们分配操作系统优先绥才能提高系统的性能。在线程池中线科数鼙希j 优先级 都问定的情况f ，麻该如何将请求队列中的任务按照它们的实时特征参数分派给线程左执 行保证硬实时任务的按时完成。 ( 3 ) 系统测试及优化 主要 作有：对动态更新优先级表的调度算法进行测试，测试优先级表是否及时更新， 并且可以指导任务执行的重要性先后；对重要任务于非重要任务的端到端响应时间进行比 较，在增加非重要任务种类的基础上，测试重要任务的端劁端响应时间是否会随之政变，并 且比较非重要任务希i 重要任务的端到端响应时间抖动：对不同调度算法策略卜的实现价值率 和加权截l h 期保证率进行测试，比较其中的优劣性；对多种线程池机制f 的任务请求响应时 间进行测试，进而根据实验结果进行理论分析，总结其中可以达到最优响应性能的情况；对 多种线矬分派机制卜- 的任务请求响应时间进行测试，同样地，总结其中哪儿种情况卜可以达 到展优的性能。按照晟后的测试结果- 与现有o r t b u s q a 的实现以及其他实时c o r b a 系统的实 现进行横向比较。 本论文的主要贡献包括： 第l o 贞共5 8 页 东南人学硕l j 学位论文 ( 1 ) 实现了一种考虑多个任务特征参数的调度算法。 ( 2 ) 提出并实现了在任务集调度时的不同调度策略。 ( 3 ) 实现了多种线性优先级映射方法。 “) 提出井实现了多种线程池机制。 ( 5 ) 提出并实现7 多种线程分派机制。 1 3 论文内容安排 论文第二部分总体分析了论文的设计思想；第三，四部分详细介绍了论文的理论依据： 第五部分是论文的具体设计与实现方法；第人部分介绍了论文相关的测试结果与分析。 论文的第二部分分析了实时c o r b a 的体系结构介绍了实时c o r b a 的核心思想，士 要内容和实现方法。论文的第三部分是实时调皮算法相关理论的研究与分析。论文的第四部 分是优先级映射算法相关理论的研究