多核實時系統(tǒng)資源預留映射與仿真研究.pdf

1、隨著實時系統(tǒng)越來越多的被應用在多核處理器環(huán)境下，人們也越來越重視對多核處理器上實時任務(wù)調(diào)度問題的研究。當前問題研究的重點是如何保證任務(wù)的可調(diào)度性、系統(tǒng)的實時性、系統(tǒng)的效率以及如何節(jié)省處理器核資源和減少處理器能耗。本文將重點研究任務(wù)調(diào)度算法來提高系統(tǒng)的資源利用效率。
　　實時程序在多核處理器上以資源預留的方式運行，可將其劃分為多個任務(wù)，并將各個任務(wù)部署到處理器核上。為了節(jié)省計算資源占用和減少處理器能耗，在部署時應該使用盡量少的處理器

2、核。本文提出了使用裝箱問題(Bin Packing)建模多核處理器實時系統(tǒng)資源預留方法中任務(wù)部署問題。為了解決此問題，提出了基于隨機種群更換遺傳算法(I_GA)實現(xiàn)對基本算法(Genetic Algorithm，下面簡稱GA)的改進和基于魚群入侵模式的魚群算法(I_AFSA)實現(xiàn)對魚群算法(Artificial Fish Swarm Algorithm，下面簡稱AFSA)的改進。文章最后利用Matlab軟件實現(xiàn)了一個實時調(diào)度集成仿真平臺

3、。論文主要工作為：
　　(1)第一章主要介紹了實時系統(tǒng)的應用背景，接著介紹了當前實時系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展與研究現(xiàn)狀，最后對論文的主要內(nèi)容及其組織結(jié)構(gòu)安排進行了歸納。
　　(2)第二章主要介紹了實時系統(tǒng)的相關(guān)理論知識，包括實時系統(tǒng)的相關(guān)知識、實時調(diào)度、實時系統(tǒng)模型等知識.
　　(3)第三章對多核實時系統(tǒng)中任務(wù)映射問題進行了分析與研究。提出了使用一維裝箱問題建模多核處理器實時系統(tǒng)資源預留方法中任務(wù)部署問題。同時提出了任務(wù)調(diào)度的

4、模型以及對實時任務(wù)調(diào)度算法進行了一些研究。
　　(4)第四章提出了基于隨機種群更換遺傳算法(I_GA)來解決多核實時系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度問題。本章在遺傳算法(GA)的基礎(chǔ)上提出了基于隨機種群更換的優(yōu)化算子的改進算法(I_GA)。然后從多個方面對比GA算法和I_GA算法的性能。實驗結(jié)果顯示，I_GA算法在節(jié)省處理器核資源、提高算法性能和收斂速度等方面優(yōu)于GA算法，同時在一定程度上滿足了實時性的要求。
　　(5)第五章提出了基于魚群入侵

5、模式魚群算法(I_AFSA)來解決多核實時系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度問題。本章在人工魚群算法(AFSA)的基礎(chǔ)上提出了基于魚群入侵模式魚群算法(I_AFSA)。然后從多個方面對比了AFSA算法和I_AFSA算法。實驗結(jié)果表明，I_AFSA算法在節(jié)省處理器核資源、提高算法效率和收斂速度等方面優(yōu)于AFSA，同時在一定程度上滿足了實時性的要求。
　　(6)第六章設(shè)計了一個實時任務(wù)調(diào)度集成仿真平臺。該仿真平臺目前集成了GA算法、I_GA算法、AFSA算

6、法和I_AFSA算法。通過此集成仿真平臺，可以得到迭代次數(shù)與適應值/優(yōu)化值的關(guān)系，還可以得到算法占用的處理器核數(shù)量和算法優(yōu)化所用的時間。
　　為了驗證I_GA算法、I_AFSA算法的性能，本文在MATLAB R2012b軟件中從算法的效率、節(jié)省處理器資源以及初始參數(shù)的選擇對算法結(jié)果影響等角度對比了這兩種改進的算法與未改進算法。最后通過實驗結(jié)果表明，本文提出I_GA算法、I_AFSA算法能夠有效解決此問題且使用更少的處理器核資源，并