一种进程调度的实现方法技术

进程是软件在计算机系统中的运行状态。所以，所谓进程也就意味着对于计算机系统内硬件资源的占用和对于处理器内核运行时间的占用，这两项“占用”对于整个系统而言，其核心内容便是资源的分配和时间上的调度。一个现实情况是对于进程的资源分配和调度在多任务及多核的计算机系统中，都只能由操作系统来完成。因此，诸多关于多核协同运行的负荷均衡问题、实时编程问题、系统卡顿问题、系统安全问题随着应用不断变得更复杂而令操作系统过度地消耗硬件资源，但却并不能提升整个系统的运行效率，不能确保系统运行流畅。本发明专利技术技术方案将改变这一现实情况，将进程的资源分配及调度问题从操作系统中分离，从而大幅度减轻操作系统负荷。从而大幅度减轻操作系统负荷。

【技术实现步骤摘要】
一种进程调度的实现方法


[0001]本专利技术涉及集成电路及计算机领域，尤其指一种进程调度的实现方案。

技术介绍

[0002]进程是软件在计算机系统中的运行状态，所以，对于计算机技术而言，进程的运行效率事实上可以作为衡量一项计算机技术是否符合应用需求的重要标准。
[0003]直到本文诞生之前，现有
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下的计算机技术事实上一直都在维系着同一种计算机技术基因的发展途径。虽然从市场表象看，无论是计算机硬件结构或者软件架构，每隔一段时间都能看到更新。但无论表象如何纷繁，其技术基础依然是单进程计算机技术基因所维持的硬件技术基础。本文之所以使用“基因”一词，是因为事实上现有计算机
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更多的是依赖于半导体工艺技术的发展，而无法做到计算机技术自身的突变，即如同“基因突变”。客观地讲，“摩尔定律”并非自然定律，在曾经的一段时间内，计算机技术所依赖的确实是“摩尔定律”的影响。但在半导体工艺技术遭遇瓶颈的今天，事实上“摩尔定律”已不存在。
[0004]时间可以往前推至几十年前，计算机中央处理器的两大著名体系结构：“冯.诺依曼结构”和“哈弗结构”。然而，事实上它们同属于一个计算机技术基因，这种计算机技术基因的应用基础便是针对单进程而设计的。上述计算机技术基因的特征在于：1、硬件结构本身并没有进程的概念；2、不管是否将“数据”与“代码”作为独立的地址空间来看待，它们的“地址空间”是完全开放的；3、所有外设均为开放的；4、所有“地址空间”及“外设”没有安全概念。
[0005]在单进程条件下，上述4个特征丝毫不会影响到应用需求的完成以及完成的效率，相反，在单进程条件下，由于上述4个特征，事实上应用需求的执行会得到更高的效率。直到今天，从计算机技术硬件结构看，上述计算机技术基因依然没有改变。但是，从DOS操作系统诞生的那天开始，多进程的应用需求就诞生了，直到视窗操作系统的诞生，多进程的实际应用才在计算机中真实实现。然而必须清楚地认识到，并不是硬件实现了对于多进程的支持，而是在作为软件的操作系统上虚拟出了多进程的实现方案。此后的一切关于计算机技术的发展，在应用需求迭代发展的实现中，关于计算机系统中的几项核心内容都是由操作系统在一个基于软件虚拟环境下完成的，这些计算机系统核心内容包括：1、内存的分配及管理；2、外设的访问及管理；3、进程的调度及相关安全管理；4、中断服务及相关安全管理；5、实时应用及相关安全管理；6、进程通信及相关安全管理；
7、进程同步及相关安全管理；8、多内核负荷均衡及相关安全管理；9、动态链接及相关安全管理；因此，从硬件的角度看，现有
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下的进程运行过程，依然属于单进程的模式，只不过所见多进程均由操作系统作为代理在处理器中被运行。
[0006]在现有
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条件下，所有进程都必须以操作系统为中心才能真正实现进程的运行，以及确保进程能安全运行。在本文中，现有
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条件下，现有计算机技术基因下的所有计算机系统，被称之为“轴心系统”，简称为ACS，即Axis Computer System的缩写。
[0007]“轴心系统”存在两个主要且重大的问题，即“系统运行效率问题”和“系统数据安全问题”。这两个问题的详细展开会需要很长的篇幅，但在详细展开这两个问题之前可以肯定的是，我们需要解决它，需要一种摆脱现有
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条件下计算机技术基因的束缚，实现突破。这种突破现有技术基因束缚的计算机系统，在本文中被称之为“平行系统”，简称为PCS，即Parallel Computer System的缩写，本专利技术技术方案为该“平行系统”中的重要组成部分。

技术实现思路

[0008]PCS的主要特征是，对于硬件而言，系统中的任何一个进程，即便该进程存在与其它进程的“父子继承”关系，该进程在系统中对于其它任何进程都能维持其独立性。其独立性主要体现在：1、进程的“数据空间”和“代码空间”均为进程自身独立管理，进程之间（包括与操作系统之间）存在硬件上的物理隔离；2、进程的“数据”与“代码”的安全均为进程自身独立管理；3、进程对于实时应用的实现不需要依赖其它进程（包括操作系统）而独立完成；4、进程间通信和同步，只与相关进程有关联，而不需要依赖于操作系统；5、进程独立完成动态链接的实现，并确保安全控制；6、多核系统中，多内核负荷均衡不需要操作系统干预。
[0009]因此，在PCS中，操作系统不再需要、也将被限制拥有对于系统控制的绝对权限，也不需要以软件的方式去实现对于多进程的虚拟过程，进程将在计算机系统硬件中独立运行。客观地看，操作系统在PCS中与其它进程一样，仅仅是系统中的一个进程，所有进程在系统中运行时，对于其各自在系统内存中所维护的数据或代码而言，具有相互独立的权限，这就是“平行”的实际意义。
[0010]显而易见，PCS彻底改变了上述ACS的几项基因特征。PCS的基因特点是进程的独立性，可以以“人”为例，“人”的社会性存在上下级或者继承关系，但是物理上，每个“人”个体之间是相互独立的。基于PCS的计算机系统中的每一个进程便如同社会体系中的一个“人”，彼此之间存在关联，甚至是继承性质的关联，但是彼此之间在物理上则相互维持独立，即代码和数据彼此之间均处于物理隔离状态。PCS实现自身的基因特征主要是在系统层面完成了两项重大革新：“内存管理”和“进程调度”。正是由于PCS完成这两项革新，基于PCS的处理器实现中，其内部用于集成所有内核以及外设的系统总线控制器（后文将“系统总线控制器”简称为PSH，即Parallel System Hub的缩写）和其内部的内核（硬件部分）可以获得更大
的发挥空间，PCS才能实现在ACS中只能由操作系统所实现的计算机系统核心内容。
[0011]PCS中的“内存管理”，是基于一种“嵌入式文件系统”的技术。“嵌入式文件系统”，简称为EFS，即Embedded File System的英文缩写，是一种无需操作系统干预的实现进程之间在物理上完全隔离的处理器内存管理方法。EFS所定义的“嵌入式文件”之间的相互独立的隔离性构建起在处理器内部运行的进程之间的进程代码及数据的隔离性，且进程对于内存使用时的内存空间开辟以及释放均基于EFS对于“嵌入式文件”的操作指令，即内存的使用管理由EFS完成，并不需要操作系统干预。所以使用EFS技术进行内存管理的缓存不能使用缓存物理地址直接访问缓存内的代码或数据，而只能访问“嵌入式文件”内的代码或数据，任何进程访问“嵌入式文件”都必须提供进程号或访问秘钥作为访问安全认证。所以，基于EFS技术的缓存可以实现不同进程之间的进程代码及数据在处理器内部，在未经许可的情况下，不能相互访问，但在被授权的情况下（授权访问秘钥），进程之间又可以直接相互进行访问，不需要经过操作系统或者由操作系统所控制的MMU（Memory Management Unit）等硬件模块。
[0012]本专利技术技术方案实现PCS中的“进程调度”功能。对于“进程调度”而言，PCS与ACS所不同的是，PCS中的“进程调度”由PSH完成。在PCS中，操作系统（即软件）在完成“进程调度”的过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.实现一种硬件中断服务，唤醒处于休眠状态的中断服务进程，其特征在于：操作系统或者硬件中断发送端的硬件设备的驱动程序需要为该硬件设备配置以下必要信息：信息1、HRU索引号；信息2、触发HRU的触发秘钥；与/或操作系统或者硬件中断发送端的硬件设备的驱动程序需要配置HRU，使中断服务进程以PDB的方式被保存至该HRU中，令中断服务进程进入休眠状态；与/或硬件中断发送端的硬件设备需要向HSC发送HINT指令；与/或HINT指令被执行后，保存于HRU中的PDB被调度进入PuPQ。2.实现一种硬件中断服务，向操作系统发送消息以启动相应中断服务程序，其特征在于：硬件中断发送端的硬件设备向PSH发送HMSG指令、或者HERR指令；与/或PSH接收HMSG指令、或者HERR指令，并将所接收指令所对应的PDB传输至PuPQ进行调度；PuPQ将调度出的HMSG指令、或者HERR指令，所对应的PDB定向传输至操作系统所在内核所对应的PrPQ；与/或PrPQ将调度出的HMSG指令、或者HERR指令，所对应的PDB传输至操作系统所在内核；与/或操作系统所在内核接收HMSG指令、或者HERR指令，所对应的PDB；与/或操作系统或相关程序依据HMSG指令、或者HERR指令，所对应PDB所携带的消息进行相应的中断服务程序。3.实现一种软件中断服务，向操作系统发送消息以启动相应中断服务程序，其特征在于：内核中的进程向PSH发送SMSG指令、或者SERR指令；与/或PSH接收SMSG指令、或者SERR指令，并将所接收指令所对应的PDB传输至PuPQ进行调度；PuPQ将调度出的SMSG指令、或者SERR指令，所对应的PDB定向传输至操作系统所在内核所对应的PrPQ；与/或PrPQ将调度出的SMSG指令、或者SERR指令，所对应的PDB传输至操作系统所在内核；与/或操作系统所在内核接收SMSG指令、或者SERR指令，所对应的PDB；与/或操作系统或相关程序依据SMSG指令、或者SERR指令，所对应PDB所携带的消息进行相应
的中断服务程序。4.实现一种软件中断服务，请求操作系统代理完成创建新进程，其特征在于：内核中的进程向PSH发送GENPRO指令、或者SPLPRO指令、或者FRNGPRO指令、或者FRNSPRO指令；PSH接收GENPRO指令、或者SPLPRO指令、或者FRNGPRO指令、或者FRNSPRO指令，并将所接收指令所对应的PDB传输至PuPQ进行调度；PuPQ将调度出的GENPRO指令、或者SPLPRO指令、或者FRNGPRO指令、或者FRNSPRO指令，所对应的PDB定向传输至操作系统所在内核所对应的PrPQ；与/或PrPQ将调度出的GENPRO指令、或者SPLPRO指令、或者FRNGPRO指令、或者FRNSPRO指令，所对应的PDB传输至操作系统所在内核；与/或操作系统所在内核接收GENPRO指令、或者SPLPRO指令、或者FRNGPRO指令、或者FRNSPRO指令，所对应的PDB；与/或操作系统或相关程序依据GENPRO指令、或者SPLPRO指令、或者FRNGPRO指令、或者FRNSPRO指令，所对应的PDB的要求创建相应进程。5.实现一种软件中断服务，请求操作系统完成对于进程的软调度，其特征在于：内核中的进程向PSH发送SWSGP指令、或者SWSSP指令、或者SWSFGP指令、或者SWSFSP指令；PSH接收SWSGP指令、或者SWSSP指令、或者SWSFGP指令、或者SWSFSP指令，并将所接收指令所对应的PDB传输至PuPQ进行调度；PuPQ将调度出的SWSGP指令、或者SWSSP指令、或者SWSFGP指令、或者SWSFSP指令，所对应的PDB定向传输至操作系统所在内核所对应的PrPQ；与/或PrPQ将调度出的SWSGP指令、或者SWSSP指令、或者SWSFGP指令、或者SWSFSP指令，所对应的PDB传输至操作系统所在内核；与/或操作系统所在内核接收SWSGP指令、或者SWSSP指令、或者SWSFGP指令、或者SWSFSP指令，所对应的PDB；与/或操作系统或相关程序将SWSGP指令，或者SWSSP指令，或者SWSFGP指令，或者SWSFSP指令，所对应进程的PDB存储于操作系统或相关程序所辖数据库，并对数据库中所保存的PDB进行“软调度”。6.实现一种实时编程...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志平，
申请(专利权)人：王志平，
类型：发明
国别省市：