用于共享资源访问的可变速率限制的系统和方法技术方案

本发明专利技术题为“用于共享资源访问的可变速率限制的系统和方法”。本发明专利技术提供了一种方法。所述方法包括：开始时间窗口，其中所述时间窗口具有固定的或可变的持续时间；为所述时间窗口的至少一个时间分区确定共享资源访问配额，其中所述共享资源访问配额可能随时间窗口变化；将每个确定的共享资源访问配额分配至所述窗口的对应时间分区；确定是否已达到或超出所述时间窗口中任何时间分区的分配的共享资源访问配额；以及如果已达到或超出所述时间窗口中的时间分区的分配的共享资源访问配额，则停止所述时间分区中的执行进程。

Variable Rate Limitation System and Method for Shared Resource Access

【技术实现步骤摘要】
用于共享资源访问的可变速率限制的系统和方法
技术介绍
现代系统利用在实时操作系统(RTOS)和多核处理系统上执行的软件应用程序(应用程序)。出于本文档的目的，每个应用程序包括一个或多个分区，并且每个分区包括一个或多个进程，其中进程可以其他方式被称为任务或线程。多核处理系统是包括多核处理器的计算机，例如多核微处理器和数字信号处理器，具有两个或更多个核心。多核处理器的示例包括多核ARM(高级RISC机器)、IBMPowerPC以及Intel和AdvancedMicroDevicesX86处理器。或者，多核处理器可在诸如由赛灵思公司(Xilinx)制造的那些的现场可编程门阵列(FPGA)中实现。每个核心通常包括处理器和高速缓存存储器。多核处理系统还包括互连件(结构)、高速缓存存储器、存储器控制器、数据总线和主存储器，它们共享由多核处理系统中的每个核心利用的资源。由于每个核心使用相同的共享资源，在一个核心上执行的应用程序的进程可能有害地延长在另一个核心上执行的另一个应用程序的进程的执行时间。共享资源访问包括从高速缓存存储器或主存储器读取，以及向高速缓存存储器和/或主存储器写入。例如，由于多核处理器的核心利用共享资源，在一个核心上运行的应用程序的进程可能增加(例如超过四倍)在其他核心上运行的其他应用程序的进程的执行时间。与从高速缓存或主存储读取相比，写入高速缓存或主存储器的应用程序进程可能在其他应用程序的进程的执行时间上有更大的有害影响，或者反之亦然。在安全关键系统中，在核心上执行的应用程序可能需要在每个周期的最长执行时间内执行进程。为了避免超出最长时间或小于所需速率，多核处理器中的一个或多个其他核心必须被禁用或者在其他核心上执行的其他应用程序的进程的共享资源的使用必须受到带宽或时间限制。由于前一个选项因其消除了多核处理器的优势而不可取，后一个选项是优选的。在美国专利No.8,943,287中提议了每个核心的令牌桶的使用，该专利据此全文以引用方式并入，以对多核处理器中的每个核心的共享资源访问进行时间限制。每个核心的令牌桶的使用基于经过的时间，限制每个核心的峰值共享资源访问，避免上述的有害影响。然而，因为每个核心的令牌桶需要为每个时间窗口使用相同的共享资源访问配额，每个核心的令牌桶的使用需要针对每个核心的共享资源访问的保守时间预算。因此，使用该技术的多核处理系统表现出较低的处理效率，即执行进程以及其对应的应用程序的时间更长。因此，需要有利于多核处理系统中的多核处理器的每个核心的共享资源访问的保守性更小的预算的系统和方法。
技术实现思路
本专利技术提供了一种方法。该方法包括：开始时间窗口，其中时间窗口具有固定的或可变的持续时间；为时间窗口的至少一个时间分区确定共享资源访问配额，其中共享资源访问配额可能随时间窗口变化；将每个确定的共享资源访问配额分配至窗口的对应时间分区；确定是否已达到或超出时间窗口中的任何时间分区的分配的共享资源访问配额；以及如果已达到或超出时间窗口中的时间分区的分配的共享资源访问配额，则停止时间分区中的执行进程。附图应理解附图仅描绘示例性实施方案并且因此不应被视为在范围上进行限制，通过使用附图，将通过额外的特异性和细节描述示例性实施方案，在这些附图中：图1示出在时间分区的多核处理器中共享资源访问节流的一个实施方案的图表；图2A示出时间分区的多核处理器中配额节流和取消节流的一个实施方案的图表；图2B示出时间分区的多核处理器中配额节流和取消节流的另一个实施方案的图表；图2C示出时间分区的多核处理器中配额节流和取消节流的另外的实施方案的图表；图3示出了具有多核处理器计算系统的一个实施方案的框图，该计算系统被配置成实现共享资源访问节流；并且图4是用于操作多核处理系统的方法的流程图，该多核处理系统具有可随时间窗口变化的共享资源访问配额。根据惯例，所描述的各种特征并非按比例绘制，而是被绘制用于强调与示例性实施方案相关的特定特征。具体实施方式在下面的详细描述中，参考了形成其一部分的附图，并且在附图中通过举例说明的方式示出了特定例示性实施方案。然而，应当理解可能利用其他实施方案，并且可能进行逻辑、机械和电气更改。此外，在附图和说明书中提出的方法不应视为限制可能执行的各个步骤的顺序。因此，以下详细描述不被认为具有限制性意义。为了在多核处理器中提供更高的处理效率，在时间分区的系统中使用了可变速率限制技术。本专利技术的实施方案允许在不同的时间窗口期间改变每个核心分配的共享资源配额，并且因此提升处理效率。时间分区是时间间隔，其中在一个时间分区中在一个核心上应用程序的进程的执行将不影响另一时间分区中相同或另一核心上进程的执行。出于教学的原因，本文将相对于处理单元和处理系统描述本专利技术，该处理单元为多核处理器的核心(包括虚拟核心)，该处理系统为多核处理系统。因此，多核处理器仅为一个类型的处理单元；多核处理系统仅为一个类型的处理系统。然而，本专利技术通常适用于具有多个处理单元的处理系统。术语“处理单元”，如本文所用，一般是指计算设备，该计算设备可也为中央处理单元(CPU)(例如IntelCore处理器)或数字信号处理器(DSP)(例如TexasInstrumentsC系列DSP)，能够按程序指令的指示接收数据并其执行数学和逻辑运算。CPU和/或DSP可也由现场可编程门阵列和/或专用集成电路实现。处理单元，无论是CPU、DSP或其核心，通过电子电路实现，并且该电子电路在本文可也称为处理电路。在一个实施方案中，其中处理系统包括多个处理单元，这些多个处理单元可为多CPU和/或DSP系统的部分、多核CPU或DSP中的一组核心、和/或执行超级或同时多线程的一组真实和虚拟CPU或DSP核心。因此，例如，多个处理单元可为多CPU或DSP系统，其中多CPU或DSP处理系统中的不同CPU或DSP具有多个核心。时间分区有利于在进程级别以及时间窗口级别符合时间保证。例如，在例如航空系统中使用实时操作系统(RTOS)的多核处理系统上执行的关键应用程序依靠时间分区的理念，来证明进程在最坏情况执行时间内执行。在特定时间分区期间，执行特定进程。每个时间分区在具有对应的时间段的时间窗口期间发生。在单个时间窗口期间，一个或多个进程由一个核心执行。时间窗口可为具有固定时间段的固定时间窗口，或者具有可变时间段的滑动时间窗口。滑动时间窗口能够调节时间窗口的起始(或开始)时间，使得进程在时间上更早执行，同时仍然保持时间确定性。分区和时间窗口尤其是滑动窗口进一步详细地在提交于2015年6月11日的标题为“SystemsandMethodsforSchedulingTasksUsingSlidingTimeWindows(用于使用滑动时间窗口的调度任务的系统和方法)”的美国专利公布No.2016/0364267(下文称为“‘267专利申请”)中描述。‘267专利申请全文以引用方式并入本文。当本专利技术的实施方案实现滑动时间窗口时，可以保留时间用于执行中断服务例程。此外，可还执行松弛调度以允许所有核心上的充分利用。在具有相同或不同时间段的不同时间窗口期间，可顺序或非顺序地重复相同时间分区。在不同或相同时间窗口期间，可在不同核心上执行相同时间分区。时间分区可跨一个或多个核心；在该实施方案中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种处理系统，包括：至少两个处理电路(332)；存储器(334)；其中所述存储器包括操作系统(334A)和至少一个应用程序(334C)；数据总线(336)，所述数据总线将所述存储器耦接至所述至少两个处理单元；其中至少一个处理电路被配置成执行所述至少一个应用程序的至少一个进程；并且其中执行所述操作系统的所述至少两个处理电路中的至少一个被配置成：开始时间窗口，其中所述时间窗口具有固定的或可变的持续时间(440)；为所述窗口的至少一个时间分区确定共享资源访问配额，其中所述共享资源访问配额可随时间窗口变化(442)；将每个确定的共享资源访问配额分配至所述窗口对应的时间分区(443)；确定是否已达到或超出所述时间窗口中的任何时间分区的分配的共享资源访问配额(446)；以及如果已达到或超出所述时间窗口中的时间分区的分配的共享资源访问配额，则停止所述时间分区中的执行进程(445)。

【技术特征摘要】
2018.03.22 US 15/928,6561.一种处理系统，包括：至少两个处理电路(332)；存储器(334)；其中所述存储器包括操作系统(334A)和至少一个应用程序(334C)；数据总线(336)，所述数据总线将所述存储器耦接至所述至少两个处理单元；其中至少一个处理电路被配置成执行所述至少一个应用程序的至少一个进程；并且其中执行所述操作系统的所述至少两个处理电路中的至少一个被配置成：开始时间窗口，其中所述时间窗口具有固定的或可变的持续时间(440)；为所述窗口的至少一个时间分区确定共享资源访问配额，其中所述共享资源访问配额可随时间窗口变化(442)；将每个确定的共享资源访问配额分配至所述窗口对应的...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯里瓦赞·瓦拉达拉詹，拉里·詹姆斯·米勒，奇塔兰詹·卡什瓦，帕维尔·扎伊科夫，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国,US