面向多核處理器的嵌入式操作系統(tǒng)微內核內存管理機制的研究.pdf

1、隨著市場需求以及用戶對系統(tǒng)性能要求的不斷提升,傳統(tǒng)單核模式的嵌入式系統(tǒng)性能已經接近瓶頸,無法滿足不斷增長的性能要求,為此研究人員將目光投向多核架構。理論上,基于多核架構的嵌入式系統(tǒng)具有高效的系統(tǒng)性能,特別是在實時性和并行性上。但是目前多核嵌入式系統(tǒng)在系統(tǒng)實時性、資源利用率、負載均衡及通信等方面存在著很多的問題。
　　造成這些問題的主要原因可以從以下兩點考慮:
　　(1)在內存管理方面存在內存利用率低,內存外碎片率高,并且內存

2、分配總是按照申請-分配模式,使得任務大量時間處于等待分配狀態(tài);
　　(2)在任務調度方面存在負載不均衡,高相關性的任務被分配到不同處理節(jié)點,使得任務間通信量增大等問題,這些問題都嚴重制約著系統(tǒng)的實時性和并行性。為了進一步提高嵌入式系統(tǒng)的實時性以及對系統(tǒng)的負載均衡控制,本文從如下方面進行改進和創(chuàng)新:
　　(1)在內存分配過程中設計了基于預測分配的內存管理策略,該策略為了充分利用每個進程對內存空間使用的“歷史記錄”,將進程對內存

3、使用信息全部記錄在一張局部信息表中,進程在申請內存空間時會根據信息表中的信息利用馬爾可夫預測原理形成馬爾可夫轉移概率矩陣,預測下一次內存分配的概率,并計算下一次內存分配大小,在輕量級預測線程空閑時進行分配鏈接到預測鏈表相應位置;為了減少內存分配時的任務等待時間,在內存預測和申請過程中利用位圖思想以及對預測鏈表做適當處理,設計了基于位圖的高速匹配策略,整個匹配過程由系統(tǒng)中的輔助核協(xié)助完成。
　　(2)為了提高系統(tǒng)內存空間的利用率,設

4、計了內存預測合并分配算法。該算法利用進程歷史信息為原始數(shù)據,采用馬爾可夫預測原理預測下一次內存分配的大小并與當前申請內存按合并策略進行合并后分配,從而提高系統(tǒng)內存空間利用率。
　　(3)為了提高多核系統(tǒng)任務調度的性能,綜合考慮全局隊列任務調度和局部隊列任務調度策略的優(yōu)點以及任務間相關性等特點,設計了基于任務槽任務調度策略。
　　最后將μC/OS-II嵌入式微內核操作系統(tǒng)移植到VC++中并進行相關拓展,搭建多核模擬實驗環(huán)境,通