3.3 改善Linux内核实时调度器的调度策略
将进入系统的所有任务按实时性分成三类：硬实时、软实时、非实时任务[6]。硬实时要求系统确保任务执行最坏情况下的执行时间，即必须满足实时事件的响应时间的截止期限，否则，将引发致命的错误；软实时是指统计意义上的实时，一般整体吞吐量大或整体响应速度快，但不能保证特定任务在指定时期内完成。针对不同的实时性任务，分别采用不同的调度方法进行处理。
为了严格保证硬实时任务的时限要求，改善的Linux内核实时调度器采用了优先级调度算法，目前最小松弛时间优先调度算法MLF（Minimum-Laxity-First Scheduling Algorithm）是动态优先级调度最常见的实时调度策略。它在系统中为每一个任务设定松弛时间（任务的松弛时间等于任务的截止期减去任务执行时间、当前时间）即: laxity= deadline―current_time―CPU_time_needed，系统优先执行具有最小松弛时间的任务。根据就绪队列的各任务的松弛时间来分配优先级，松弛时间最小的任务具有最高的优先级。为了提高Linux的实时性，我们设计了MLF调度器，并把它作为可加载模块加入Linux内核中，在实现中需对内核进行相应的修改。为了区分任务的类型，对基本Linux的task_struct属性进行改进，在其中增加SCHED_MLF调度策略，并按task_struct中的policy的取值来进行区分, 分别用SCHED_MLF，SCHED_RR，SCHED_OTHER来标识硬实时、软实时、非实时任务。将处于运行状态的三类任务放入两个队列，硬实时任务放入hard_real_queue队列, 采用MLF调度算法，软实时和非实时任务放入non_real_queue队列（空闲任务也在其中），沿用原内核的RR调度算法。这两个队列可以用一个run_queue[2]的指针数组来指向,如图1 所示。
图1 双对列任务运行
双队列任务运行过程与原内核的单运行队列执行流程的主要区别在：首先，各硬实时任务采用了MLF调度算法代替原内核的FIFO调度，提高了Linux系统的实时性能。其次，在判断是否有软中断需要处理之前需判断硬实时任务队列是否为空，如果不为空，即使存在中断的后半部分需要处理,也要先调度硬实时任务投入运行，在硬实时队列为空的条件下才去处理中断的后半部分(因为中断的后半部分没有硬实时任务紧急)。最后，如果没有硬实时任务存在，则说明只有run_queue [1]队列中有软实时或非实时任务存在，这时的处理方法和原内核对单运行队列的处理方法相同。这样改进后，可以明显提高硬实时任务的调度效率，而在没有硬实时任务时，系统性能没有变化。
4 结束语
嵌入式技术具有广阔的应用前景，渗透于社会生活的诸多领域，把Linux应用于嵌入式系统，把Linux自身固有的优越性融入嵌入式技术，是嵌入式技术发展的一个重要方向。然而，由于Linux在实时应用领域的技术障碍，要将其应用在嵌入式领域还必须修改Linux 内核中的各个模块以达到满足嵌入式实时应用的需求。本文在分析Linux实时性的同时，探讨了其本身提供的一些支持实时性的机制以及在实时应用中的技术障碍。而后，基于增强Linux内核实时性的主流技术，从细化时钟粒度、增强内核抢占性及实时调度策略三方面入手，提出了改善Linux实时性能的优化方法。
参考文献：
[1] 赵慧斌, 李小群, 孙玉芳. 改善Linux核心可抢占性方法的研究与实现. 计算机学报, 2004, 27(2): 244-251
[2] 蒋溢, 李琳皓, 陈龙. Linux系统实时性探讨. 重庆大学学报, 2005, 28(3): 61-64
[3] 董晓峰, 顾新. 关于Linux内核可抢占性的研究. 计算机工程, 2005, 31(1): 82-84
[4] 陈敏, 周兴社. 基于嵌入式Linux的实时优化方案. 计算机应用研究, 2005, 22(3): 235-237
[5] 齐俊生, 崔杜武, 黑新洪. 嵌入式Linux 硬实时性的研究与实现. 计算机应用, 2003, 23(6): 34-36
[6] 李凡, 卢杜阶, 邱鹏. 在嵌入式应用中增强Linux实时性的方法研究. 华中科技大学学报, 2005, 33(2):