Linuxカーネル用リアルタイムスケジューリングモジュール

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  • Linux カーネルヨウ リアルタイムスケジューリングモジュール
  • Real-time Scheduling Module for Linux Kernel

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抄録

本論文では，与えられた時間制約のもとでCPU資源を最大限に使用可能なリアルタイムLinuxの実現を目指す． まず， 高負荷状態における十分なリアルタイム性と予測可能性の提供を目的として，固定優先度の利点と動的優先度の利点を兼ね備えたスケジューリングアルゴリズムを提案する．提案アルゴリズムは理論的な性能の面で従来の固定優先度アルゴリズムと同等以上であることが保証され，Linuxカーネルのスケジューラ実装に対する親和性も高いという利点がある．次に，拡張性の高いリアルタイムLinuxの実現のために，カーネルの修正を最小限に抑え，新規のスケジューリングアルゴリズムをカーネルモジュールとして組み込むことを可能にするフレームワークを提案する．シミュレーションによる評価の結果，提案アルゴリズムは従来の固定優先度アルゴリズムよりも約10～15%高いCPU使用率でもリアルタイム性を保証できた．また，実機による評価の結果，開発したカーネルモジュールを組み込むことで，ネイティブなLinuxに比べて高負荷状態における低優先度タスクのデッドラインミス率を最大で約70～90%削減することができた．

The goal of this paper is to develop a real-time Linux that is capable of utilizing sufficient CPU resource under given timing constraints. We first present such a scheduling algorithm that takes advantages of fixed-priority and dynamic-priority, inder to provide sufficient real-time capability as well as predictability in high-load situations. The algorithm is at least as effective as a traditional fixed-priority algorithm in terms of theoretical schedulability, and its design is also suitable for the scheduler implementation of the Linux kernel. We then propose such a framework that enables new scheduling algorithms to be installed as kernel modules without major modification, for the achievement of a scalable real-time Linux. Simulation results show that the algorithm guaranteed all jobs to be schedulable at 10-15% higher CPU utilization than a traditional fixed-priority algorithm. In addition, experimental results in real environments show that the deadline miss ratio of low-priority tasks in high-load situations was reduced at most 70-90% by the developed kernel module, as compared to the native Linux.

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