0、引言

Linux 是一個具有廣闊前景的操作系統(tǒng)，從桌面工作站到低端服務(wù)器，處處都可見它的身影?，F(xiàn)如今，Linux 正全力進軍嵌入式系統(tǒng)和高端服務(wù)器系統(tǒng)領(lǐng)域，但它的技術(shù)缺陷卻限制了它的競爭力：雖然Linux繼承了傳統(tǒng)Unix的公平調(diào)度機制即分時調(diào)度策略，提供了一個穩(wěn)定的操作系統(tǒng)的管理系統(tǒng)，但是它仍然不能解決實時系統(tǒng)要求的納秒級的中斷延遲、任務(wù)切換時間，即便是當前的2.6內(nèi)核，也只是在linux內(nèi)核中添加了一些可搶占點，對實時性的支持也還是不盡人意。

現(xiàn)如今提出了一種將實時任務(wù)與SMP體系結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方案，由于它將處理器以實時與非實時的方式進行了劃分，所以稱之為不對稱的多處理器原則。盡管這種方案是可行的，但是它仍存在一個很大的弊端：在非實時處理器負載過重的情況下，實時處理器可能會處在空閑的狀態(tài)，這樣就造成了極大的資源浪費。于是一種對這種方案進行拓展的實時系統(tǒng)――ARTiS系統(tǒng)便應(yīng)運而生。

1、 ATRiS簡介

ATRiS是一個以多處理器（SMP）架構(gòu)為基礎(chǔ)，對linux進行實時拓展的系統(tǒng)。它的核心思想是：“將多個處理器進行分類，即分為實時處理器（RT CPU）和非實時處理器（NRT CPU），在實際的運行當中，它將通過自身的遷移機制實現(xiàn)非實時任務(wù)在進入不可強占狀態(tài)前遷移到非實時處理器，以便實時處理器及時響應(yīng)實時任務(wù)。并通過改進的負載平衡機制使ATRiS系統(tǒng)充分發(fā)揮SMP架構(gòu)的優(yōu)勢。

1.1 ATRiS任務(wù)與處理器的劃分

在ATRiS系統(tǒng)中不僅將處理器分為了實時處理器與非實時處理器，而且將任務(wù)也分成了三種類型，分別是RT0任務(wù)、RT1+任務(wù)以及Linux任務(wù)，分別對應(yīng)于現(xiàn)實中的硬實時任務(wù)，軟實時任務(wù)和非實時任務(wù)。下面給出了處理器與任務(wù)之間的關(guān)系：

RT0任務(wù)：對應(yīng)于要處理的硬實時任務(wù)，具有最高的優(yōu)先級。并且每一個RT0任務(wù)都會與唯一的一個實時處理器綁定，于是RT0任務(wù)就只能運行在實時的處理器上。

RT1+任務(wù)：對應(yīng)于要處理的軟實時任務(wù)，可以運行在實時處理器，也可以運行在非實時處理器上。但是當它要運行在實時處理器上時，必須是處于可搶占的狀態(tài)，否則就要遷移到非實時處理器上。

Linux任務(wù)：即非實時的linux任務(wù)，與RT1+任務(wù)一樣，它也可以運行在實時處理器上，并且當它執(zhí)行到一段不可搶占的代碼時需要遷移至非實時的處理器。

1.2 遷移機制

ARTiS中遷移機制的目標是：在保證可以實時響應(yīng)RT0任務(wù)的前提下，盡可能多的發(fā)揮多處理器的并行特性。為了滿足這一目標，它要求實時處理器上的非RT0任務(wù)在進入到不可搶占的代碼段時必須自動遷移到非實時處理器。為了使遷移不受阻礙的發(fā)生，ARTiS去掉了處理器之間的共享鎖，取而代之的是一個FIFO隊列，用它來實現(xiàn)非實時處理器與實時處理器之間的交互。也就是說，ARTiS中的處理器將通過這個FIFO隊列來存放或者取出需要遷移的非RT0任務(wù)。

1.3 負載平衡機制

通常的負載平衡機制是指：通過在多臺計算機之間合理地分配負載，使各臺計算機的負載基本均衡。但是在ARTiS系統(tǒng)中RT0任務(wù)是不可遷移的，而且 linux原有的負載平衡機制只是針對于處理對稱處理器（實時處理器與實時處理器，非實時處理器與非實時處理器）之間的負載平衡，并未設(shè)計不對稱處理器之間平衡負載的方法。所以相對的負載平衡機制也更加復(fù)雜。

2、ATRiS機制實現(xiàn)

ATRiS系統(tǒng)的實現(xiàn)機制是通過改變內(nèi)核源碼實現(xiàn)的，由于它所要實現(xiàn)的只是在實時處理器空閑時將非實時任務(wù)遷移至實時處理器，而在非實時任務(wù)到達不可搶占代碼時遷移出實時處理器，所以它所要執(zhí)行的主要功能就是：在實時處理器空閑的狀態(tài)下，通過自身的負載平衡機制將非實時處理器上的任務(wù)遷移至實時處理器。而當非實時任務(wù)執(zhí)行到不可搶占的代碼時，利用自身的遷移機制將非實時任務(wù)遷移至非實時處理器。

盡管如此，ARTiS并不是完全另起爐灶，它只是在linux原有的任務(wù)遷移和負載平衡機制上添加一些自己的函數(shù)，由此來實現(xiàn)自身特有的任務(wù)遷移和負載平衡機制。

2.1 任務(wù)遷移機制

ATRiS系統(tǒng)的遷移機制的核心就是：當一個非RT0任務(wù)將要執(zhí)行到不可搶占的代碼部分時，將會自動的從實時處理器遷移至非實時處理器?？梢詫⒃摍C制看作兩步：第一步是確定非RT0任務(wù)的不可搶占點，即確定遷移的時機；第二步則是要將任務(wù)從實時處理器遷移至非實時處理器，即實現(xiàn)遷移。

確定遷移的時機

在ARTiS系統(tǒng)中的任務(wù)是通過注冊而產(chǎn)生的(RT0任務(wù)就是通過int artis_enter_rt0(pid_t pid, int rt_cpu)函數(shù)注冊的，RT1+任務(wù)是通int artis_enter_rt1plus(pid_t pid, int policy, int priority)函數(shù)注冊)，由于RT0任務(wù)是不存在被搶占的問題的，所以這里只考慮RT1+問題發(fā)生遷移的時機，ARTiS系統(tǒng)認為，如果一個任務(wù)執(zhí)行了系統(tǒng)函數(shù)preempt_disable()或local_irp_disable()時，則表明他將要進入不可搶占狀態(tài)，即需要進行任務(wù)的遷移。 ARTiS系統(tǒng)在上述的兩個函數(shù)中添加了函數(shù)artis_try_to_migrate()，該函數(shù)首先會判斷是否滿足遷移其他條件（例如：判斷當前運行的處理器是否是實時處理器等），然后調(diào)用函數(shù)artis_request_for_migration()請求遷移。