CN1529851A - 为任务分配预算的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
在诸如数字电视机(610)或机顶盒的消费装置中,由例如场景变化和用户兴趣点所引起的突然负载增加可以带来问题。在此负载增加期间,具有用户兴趣点的应用的业务质量将降低,直到装置检测到负载增加。装置可以重新分配到具有用户兴趣点的应用(608)的资源,之后,业务质量将再次提高到其原来的水平。但是,用户可能已经注意到质量下降。为防止在过载情况下的这种容易看见的质量下降,提供了一种方法和系统(606),保证到具有用户兴趣点的应用的最差情况预算并有条件地保证到无用户兴趣点(610)的应用的预算盈余。后一种应用接下来可以利用该预算盈余来工作在较高业务质量水平。
Description
本发明涉及一种调度第一任务和第二任务的方法,所述方法包括以下步骤:
第一步骤,确定第一任务与第二任务相比为更重要任务并且第二任务与第一任务相比为较不重要任务,
第二步骤,由更重要任务请求更重要请求预算,并且由较不重要任务请求较不重要请求预算,
第三步骤,根据更重要任务的更重要请求预算,向更重要任务分配更重要的保证预算,并且根据较不重要任务的较不重要请求预算,向较不重要任务分配较不重要的保证预算。
此外,本发明涉及一种调度第一任务和第二任务的系统,所述系统包括:
确定装置,用于确定第一任务与第二任务相比为更重要任务并且第二任务与第一任务相比为较不重要任务,
请求装置,用于包括请求更重要请求预算的更重要请求以及请求较不重要预算的较不重要请求,
分配装置,用于根据更重要任务的更重要请求预算,向更重要任务分配更重要的保证预算,并且根据较不重要任务的较不重要请求预算,向较不重要任务分配较不重要的保证预算。
可编程组件、而不是专用单功能组件可以执行连续的媒体处理,诸如音频和视频所需的连续媒体处理的一个特征是存在定时约束。为了恰当地处理这种数据,系统必须审视定时约束,同时必须保证有足够用于处理的系统资源。由于实时资源是有限的,可能没有为特定的处理会话保留足够的系统资源,这可导致特定处理会话提供的业务质量(QOS)的改变。
基于QOS凭单模型(Ticket Model)的动态QOS控制(IEEEProceedings of MULTIMEDIA’96,78至85页)中给出了上述这类方法和系统的实施例。为了控制业务质量,已知系统提供了业务质量控制体系结构,它将通过业务质量的处理会话而具有自适应的系统资源保留组合到该系统的资源保留中。这种业务质量控制体系结构提供包括以下的内容:
QOS因子,它由各个会话登记到QOS管理器,并描述特征,如各个会话的优先级,
QOS凭单,它由QOS管理器向各个会话发出,并表示为会话保留资源,
QOS管理器,它是一种向会话分配资源并向各个会话发出包含会话资源保留的QOS凭单的调度程序。当会话数量或某QOS因子改变时,QOS管理器重新计算资源分配,修改QOS凭单的资源保留,并将所述变化通知各个会话,
操作系统,它提供资源保留机制并提供资源利用信息,
连续媒体会话,它从QOS管理器经QOS因子请求一定量的资源,并调整其业务质量以达到QOS管理器所发QOS凭单所指定的资源限制。
在这种体系结构中,从QOS管理器请求一定量资源的各个会话将竞争有限量的可用资源。这可导致向各个已登记的会话进行新的资源分配,这样反过来可能必须调整它们的业务质量以满足它们新的资源分配。但不是所有会话都可能使用其完全请求资源分配。这是诸如如下所述的情况:当会话请求并被分配到一定量资源时,它最多需要在可能的负载增加期间能够提供相同的业务质量。当未发生负载增加时,会话将不使用此资源量。
本发明的一个目的是提供如上所述的方法,该方法以改进方式重新分配未被使用的资源。为实现这个目的,根据本发明的方法的特征在于所述第三步骤包括以下子步骤:
除了更重要任务的更重要的保证预算外,又为更重要任务分配保证预算裕度,
除了较不重要任务的较不重要的保证预算外,又为较不重要任务保留条件保证预算裕度。
在这些子步骤中,更重要的保证预算表示更重要任务或会话在更重要的正常负载情况期间可能使用的资源分配。保证预算裕度表示更重要任务或会话在更重要的可能负载增加期间可能额外使用的资源分配。更重要任务可能使用其完全预算:保证预算裕度加上更重要的保证预算。较不重要的保证预算表示较不重要任务或会话在更重要的可能负载增加期间可能使用的资源分配。条件保证预算裕度表示可以由较不重要任务在例如更重要任务不需要其保证预算裕度的时候使用的对较不重要任务的附加资源分配。利用这些步骤,分配给更重要任务的未使用资源量可以被重新分配给预定的较不重要任务,更重要任务在可能的负载增加情况下不必调整其业务质量水平。利用这些步骤,可以使用所有分配的资源。
在权利要求2中描述了根据本发明的方法的实施例。当任务从调度程序请求预算时,调度程序可以首先执行接受测试。这个测试保证总保证预算不超过可用预算总量。通过从保证预算裕度得到条件保证预算裕度,可能不需要对这种条件保证预算裕度进行单独的接受测试,因为保证预算裕度可能已经通过了接受测试。
在权利要求3中描述了根据本发明的方法的实施例。更重要任务可以具有用户兴趣点(User focus)。用户因此可以注意到此更重要任务的业务质量的可能变化。业务质量的可能变化可能在更重要的保证预算不足以维持负载增加情况下的业务质量水平时发生。为防止用户注意到业务质量的变化,除了更重要的保证预算以外分配的保证预算裕度足以使更重要任务工作在更稳定或较不稳定的业务质量水平。更重要请求预算可以基本上等于更重要的保证预算和保证预算裕度之和。通过对它的完成进行信号通知,可以确定未被使用的更重要任务的预算量,并可能可以将其重新分配给较不重要的预定任务。
在权利要求4中描述了根据本发明的方法的实施例。当为较不重要任务分配较不重要的保证预算时,它可能工作在可能较低的第一业务质量水平上。当用户请求较不重要任务时,例如电视屏幕的画中画屏幕,并且没有足够的可用预算来向较不重要任务提供较不重要请求预算,调度方法可以为较不重要任务分配较小量的预算。这样,较不重要任务能够根据其分配的较不重要的保证预算而工作在这个第一业务质量水平上。但是,当较不重要任务被分配了另外的条件保证预算裕度时,如上所述,该条件保证预算裕度可以被较不重要任务所利用,则较不重要任务可以工作在较高的第二业务质量水平,从而得到例如画中画屏幕中改进的图像表示。较不重要请求预算可以基本上等于较不重要的保证预算和条件保证预算之和。
在权利要求5中描述了根据本发明的方法的实施例。当更重要任务没有使用它全部所分配的更重要的保证预算时,这个未使用的预算可以被重新分配给较不重要任务。可以重新分配所有未使用预算或重新分配未使用预算的一部分。当重新分配未使用预算的一部分时,该部分可以足以使较不重要任务工作在不同的业务质量水平。
本发明的再一个目的是提供如上所述的一种系统,该系统以改进的方式重新分配未使用资源。为实现这个目的,根据本发明的系统的特征在于分配装置包括:
保证装置,用于除了更重要任务的更重要的保证预算外,还为更重要任务分配保证预算裕度,
保留装置,用于除了较不重要任务的较不重要的保证预算外,还为较不重要任务保留条件保证预算裕度。
在权利要求6到10中描述了根据本发明的系统的实施例。
本发明将通过以下附图所示的实施例进行描述:
图1示出了根据本发明的方法的主要步骤的实施例,它能够为较不重要任务重新分配更重要任务未使用的更重要预算裕度量,
图2示出了更重要任务的负载增加所导致的不期望业务质量变化,
图3示出了更重要任务的负载增加而导致的期望业务质量变化,
图4示出了更重要任务的负载增加而导致可接受业务质量变化,
图5示意性地说明了根据本发明的系统的实施例的最重要部分,
图6示意性地描述了包含根据本发明的系统的实施例的电视机,
图7示意性地描述了包含根据本发明的系统的实施例的机顶盒,
图8示出了更重要任务的负载增加而导致的另一不期望业务质量变化。
图1示出了根据本发明的方法的主要步骤的实施例,它能够为较不重要任务重新分配更重要任务未使用的更重要预算裕度量,对于高质量视频系统,为任务分配周期为T的周期预算,其中各个周期可以是相同的。这些周期为T的周期预算被分配了更长的时段,即预定的周期数。这些任务的调度可以按下面所述的主要步骤进行。这里,步骤100是初始化步骤,在初始化步骤期间,由调度程序确定将分配预算的周期T的数量。在下一步骤102中,确定可以被调度的所有任务的相对重要性。例如,当任务具有用户兴趣点时,与没有用户兴趣点的任务相比,将为它分配更高的重要性。具有用户兴趣点的任务,比如UF,是如作为主屏幕显示的正常电视节目,而没有用户兴趣点的任务,比如说UF,可以是该电视节目中的画中画屏幕。两种任务可以竞争可用的预算总量。在步骤104中,具有用户兴趣点的更重要任务请求更重要请求预算,比如BUF,而较不重要任务请求较不重要请求预算,比如BUF。当它们的周期预算总量小于或等于各个周期T期间可用预算总量时,调度程序可承认这些任务。当存在另外的任务时,比如1到N,其中的每一个都具有它自己的预算,比如B1到BN,则可以保持在周期T期间,所有预算的总量小于或等于可用预算总量:
这可被称作接受测试:可以保证准予不同任务的预算可用于这些任务。可为任务分配小于所请求的预算,并且,在正常负载情况期间,这个分配和保证预算可以足够提供高业务质量水平。但是,在由例如场景变化引起的负载突然增加期间,可能不足以提供高业务质量水平,如图2所示。在此图中,它示出在具有用户兴趣点的任务UF的负载增加期间,该任务的业务质量可以退化。在一定的反应时间之后,所述一定的反应时间可以持续若干周期,这若干周期是检测负载的增加所需的,UF的业务质量将再次增加,其代价是没有用户兴趣点的任务UF的业务质量。UF的业务质量可以下降,因为它的预算可以被减少。对于具有用户兴趣点的任务,这不是希望的情况,因为用户将注意到业务质量的瞬间降低。
图8示出了负载和质量的另一变化。图8通过示出由输入数据导致的负载和感受到的作为时间函数的两个应用的输出质量来说明用户兴趣点问题。当出现UF所导致的负载突然增加时(在时间tI),UF面临着结构性过载情况。调度程序将检测出该结构性过载。如果调度程序无法通过调节预算来适应该结构性过载,则它就该问题向质量管理器发出信号通知。接着,质量管理器确定UF和UF运行的新的优化质量水平。假设UF的质量水平保持相同。这样,在一定的反应时间以后(从tI到tR),UF的质量和预算都将减少,在这种情况下,UF的预算随之增加了。在时间ts达到新的平衡。同时(从tI到ts),感受到的UF的输出质量将下降,因为UF的资源预算暂时不够应付增加负载,同时UF又必须靠其预算运行,这必然导致某种形式的输出质量下降。因此,即使UF的质量水平保持相同,但所感受到的UF的输出质量临时下降了。即使当任务的业务质量可以由某种质量管理器来设置,但工作期间的业务质量也可以由分配的预算确定。具有用户兴趣点的任务可以包括一个主窗口,因为用户的兴趣点在那个时间可以在一件事情上。无用户兴趣点的任务可以包括一个或多个第二窗口,例如画中画窗口、电视电话或万维网浏览器。具有用户兴趣点的任务的质量水平可以由用户进行不同于无用户兴趣点的任务的质量水平的评估。
为防止需要一些反应时间来重新分配所需预算,为较不重要任务分配较不重要的保证预算,它可以在更重要任务的正常负载和负载增加期间使用。这是在步骤106中进行的,同时向更重要任务分配更重要的保证预算,它可以在其正常负载期间使用。接下来,在步骤108中,为更重要任务分配更重要预算裕度,除了它已经分配的更重要的保证预算之外,可以足够在可能的最坏负载增加期间维持相同的业务质量。这可以导致图3所示的期望情况。但是,图4所示的情况也可以是可行的并且可以被用户接受。在这种情况下,它可以用一些无用户兴趣点的任务的反应时间来使其业务质量水平在具有用户兴趣点UF的任务的负载增加期间改变为较低的质量。UF的业务质量水平取决于UF所用的预算。
前面所有这些步骤都涉及初始化和接受测试。这需要相当的时间,因而,并不对每个单独周期都进行这些步骤。但后续步骤在每个周期都进行。
在步骤110,步骤110在各个新周期的开始执行,通过允许各任务消耗它们所分配的周期预算,所有任务的预算都被“刷新”。这是各个周期的初始化步骤。在下一步骤112,更重要任务可以利用其更重要的保证预算和保证预算裕度之和进行工作。此总和使更重要任务能够在正常负载情况和负载增加的情况期间以相同的业务质量水平工作。
当更重要任务结束了一个周期期间的操作时,它在步骤114就它已经完成其操作发出信号通知,例如通过释放它在该周期的预算。如果它在消耗了更重要的保证预算和保证预算裕度之后,未结束该周期期间的操作,则调度程序将先占更重要任务。这可以通过强迫它停止该周期期间的操作来进行。先占在周期结束时还没有结束操作的任务是调度程序的正常行为。任务接着使用预算超支状况。可以假设为更重要任务分配的预算总量基本等于更重要请求预算BUF。让我们将此预算改写为BUF=B’UF+ΔBUF。项B’UF表示更重要的保证预算,项ΔBUF表示保证预算裕度。在完成更重要任务后,除了较不重要任务以外最后的其它任务可以在步骤116期间工作并在步骤118就它们的完成或被先占发出信号通知。当所用任务已经完成其操作或完全消耗了其包括UF的保证预算裕度的保证预算时,较不重要任务可以使用全部或部分的条件保证预算裕度ΔBUF。
如果条件保证预算在若干周期期间变得在结构上可用,则UF的业务质量水平可以受控的方式增加到一个水平,该水平对应的预算基本上等于较不重要的保证预算和条件保证预算之和。这可防止不稳定系统。在步骤120中,较不重要任务接着可以工作在这个较高业务质量水平上。注意,这个条件保证预算裕度可能不需要另外的接受测试。如果条件保证预算没有在若干周期期间在结构上变得可用,则较不重要任务无法工作在这个较高业务质量水平上。接着可以根据其分配的较不重要的保证预算,在步骤120中以较低业务质量水平工作。较不重要、更重要及最后的其它任务的工作次序如上所述不是固定的,但也可以是如基于循环的次序。在步骤122中,信号通知完成后,由较不重要任务例如通过释放其预算或通过得到由于预算超支状况的先占,可能仍有未被使用的预算可用。当在周期T期间可用预算未由被调度的任务完全使用时,所有在周期T期间被调度的任务在步骤124期间都可以消耗这个周期期间总预算量的剩余部分。当该周期完成时,到达这个周期的结束步骤126,结束步骤之后,又可以进入下一周期的初始步骤110,或者可以进入最终步骤130。
如果条件保证预算在若干周期期间在结构上变得可用,则UF的业务质量水平可以受控的方式增加到一个水平,所述这个水平对应的预算基本上等于较不重要的保证预算和条件保证预算之和。这样可防止不稳定系统。注意,该条件保证预算裕度可能不需要另外的接受测试。
无论什么时候能够检测到负载变化,例如通过检查B帧的大小,其中B帧是包含复杂信息的帧的特定字段或任何其它方式,方法可以包括预测将出现质量下降的步骤。所述方法可以包括以下步骤:增加更重要任务的预算,以保持其质量的稳定的步骤;以及降低较不重要任务的预算进而降低较不重要任务的业务质量。没有有关负载变化的原因的语义知识,就像例如从电影向摄像机的改变,它一般用一些超前时间检测负载变化是结构上的还是非主要的,否则系统可能变得不稳定。这个超前时间也可能太长,因此不允许调度方法足够快的反应,引起更重要任务的业务质量的瞬间下降,该业务质量的下降可以被用户注意到。利用根据本发明的方法,不需语义知识来防止可具有用户兴趣点的更重要任务的业务质量瞬时的、或结构性的降低。
本发明的方法的所述实施例中的顺序不是强制的,本领域的技术人员可以改变步骤的顺序,或利用线程模型、多处理器系统或多处理同时执行这些步骤,并不背离本发明计划的概念。
在另一实施例中,也通过优先权处理执行预算。以高优先级进行预算内实施,以低优先级进行预算外实施。这形成两个主要的优先段:用于预算内执行的高优先段(HP)和用于预算外执行的低优先段(LP)。包括多个任务的实体形成子优先段,因此可以把实体中的任务排列优先次序。实体的优先段是不相交的(即它们不重叠)。预算是周期性的,并且预算周期对于各个实体可以不同。实体Ei的预算被表示为<Bi,Ti>,其中Ti是预算周期,而Bi是Ei的预算周期。
在HP中,以比率单调的优先级顺序调度实体,即具有较小预算周期的实体得到更高的优先级。在每个新周期开始时,实体的优先级被提供到HP中其比率单调的优先级。当预算被用完时,或当实体释放处理器时,实体的优先级被降低到LP。在多任务实体的情况下,整个子优先段被提高或降低,使内部优先级顺序没有改变。
资源调度程序的许可测试基于比率单调分析(RMA)。假定一组实体(E1,E2,...En),具有预算<B1,T1>,<B2,T2>,...,<Bn,Tn>。HP中Ei的优先级表示为HPi。优先级是比率单调的,即如果Ti<Tj,则HPi>HPj。如果对于所有实体Ei都可以找到满足等式(1)和(2)最坏情况的响应时间Ri,则允许测试通过。注意当通过允许测试时,所有实体可能消耗它们周期内的预算。
Ri≤Ti (2)
假设存在一组三个实体UF、UF以及中性实体N。这些实体的保证预算分别为<BUF,TUF>,<BUF,TUF>和<BN,TN>,其中BUF包括预算裕度BMUF。另外,UF具有条件保证预算<CGBUF,TUF>,当UF的负载持续低于<BUF-BMUF,TUF>时,可以得到该条件保证预算。
当UF用完了它的保证预算时,其优先级不是降低到LP,而是MP。当UF用完了它的条件保证预算时,其优先级降低到LP。如果在UF用完它的条件保证预算之前开始下一预算周期,则优先级提高到HP。
如果可以找到满足等式(3)和(4)的最坏情况的响应时间CRUF,则CGBUF的允许测试通过。
CRUF≤TUF (4)
可以用一个UF实体、n个UF实体以及m个中性实体概括实体组。
图5示意性地示出了根据本发明的系统的实施例的最重要部分。系统500包括确定存储器502,它被程序设计为包括必须应用于确定第一和第二任务的相关重要性的规则。例如,规则之一可以是具有用户兴趣点的任务比其它没有用户兴趣点的任务更重要。当第一任务具有用户兴趣点时,则与第二任务相比,第一任务是更重要任务。另一请求存储器504被程序设计为同时包括所请求的更重要任务的更重要请求预算和所请求的较不重要任务的较不重要请求预算。分配或指定单元506为更重要任务分配更重要的保证预算,同时它为较不重要任务分配较不重要的保证预算。此外,该分配或指定单元被程序设计为如上所述在分配之前执行允许控制。另一分配存储器508除了更重要的保证预算之外,还包括保证预算裕度,它为更重要任务形成最坏情况预算。利用这个最坏情况预算,更重要任务能够在负载增加期间维持稳定的业务质量水平。保留存储器510包括保留的条件保证预算裕度,在更重要任务没有使用它全部的或部分的有保证预算裕度的情况下,可以为较不重要任务保留所述条件保证预算裕度。衍生分配或指定单元512被用于从分配存储器508的内容得到保留存储器510的内容。条件分配存储器514包括一定量的510中包含的保留条件保证预算裕度,它在更重要任务未使用它全部的或部分的保证预算裕度的情况下实际被分配给较不重要任务。完成存储器516可包括初始值为“错误”的布尔变量,该变量可以在完成了更重要任务时被设置为“真”。当完成存储器516被设置为“真”时,一定量的包括在510中的保留条件保证预算裕度可以被分配给较不重要任务,从而使较不重要任务工作在高质量水平。所述一定量的保留条件保证预算被储存在条件分配存储器514中。当因例如全部保证预算都用了的原因,没有为较不重要任务分配一定量的保留条件保证预算时,较不重要任务可以在较低业务质量水平工作。这个系统可以用软件实现,所述软件计划作为计算机或其它任何标准的能够操作软件的体系结构的应用而工作。该系统可以被用于操作数字电视机518。
图6示意性地说明了包括根据本发明的系统的实施例的电视机。其中,天线600接收电视信号。天线也可能是例如圆盘式卫星电视天线、电缆或其它任何能够接收电视信号的装置。接收器602接收信号,除了接收器602,电视机包括可编程部件604,比如可编程集成电路。这个可编程部件包括根据本发明的系统606。电视屏幕608显示由接收器602收到并由可编程部件604处理的图像,在这里没有给出根据本发明的系统606和正常地被包括在电视机中的其它部分。该电视屏608可以具有用户兴趣点。画中画窗口610可能没有用户兴趣点。
图7示意性地说明了包括根据本发明的系统的实施例的机顶盒的最重要部分。其中,天线700接收电视信号。天线也可以是如圆盘式卫星电视天线、电缆或其它任何能够接收电视信号的装置。机顶盒702接收信号。除了图中没有示出的被包括在机顶盒中的正常部分,机顶盒还包括根据本发明的系统704。电视机706可以显示由机顶盒702连同根据本发明的系统704一起根据收到的信号而产生的输出信号。
Claims (11)
1.一种调度第一任务和第二任务的方法,所述方法包括以下步骤:
第一步骤,确定所述第一任务与所述第二任务相比为更重要任务并且所述第二任务与所述第一任务相比为较不重要任务,
第二步骤,由所述更重要任务请求更重要请求预算,并且由所述较不重要任务请求较不重要请求预算,
第三步骤,根据所述更重要任务的所述更重要请求预算,向所述更重要任务分配更重要的保证预算,并且根据所述较不重要任务的所述较不重要请求预算,向所述较不重要任务分配较不重要的保证预算,其特征在于所述第三步骤包括以下步骤:
除了所述更重要任务的所述更重要的保证预算外,又为所述更重要任务分配保证预算裕度,
除了所述较不重要任务的所述较不重要的保证预算外,又为所述较不重要任务保留条件保证预算裕度。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于所述第三步骤还包括从所述保证预算裕度获得所述条件保证预算裕度。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于还包括就所述更重要任务的完成发出信号通知的步骤。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于还包括以下步骤:
第四步骤,当为所述较不重要任务分配了所述较不重要的保证预算时,使所述较不重要任务工作在第一业务质量水平,
第五步骤,当为所述较不重要任务分配了所述条件保证预算裕度和所述较不重要的保证预算时,使所述较不重要任务工作在第二业务质量水平。
5.如权利要求2所述的方法,其特征在于还包括为所述较不重要任务分配一定量的所述条件保证预算裕度的步骤。
6.一种调度第一任务和第二任务的系统(500),所述系统包括:
确定装置(502),用于确定所述第一任务与所述第二任务相比为更重要任务并且所述第二任务与所述第一任务相比为较不重要任务,
请求装置(504),用于包括请求更重要请求预算的更重要请求以及请求较不重要预算的较不重要请求,
分配装置(506),用于根据所述更重要任务的所述更重要请求预算,向所述更重要任务分配更重要的保证预算,并且根据所述较不重要任务的所述较不重要请求预算,向所述较不重要任务分配较不重要的保证预算,
其特征在于所述分配装置包括:
保证装置(508),用于除了所述更重要任务的所述更重要的保证预算外,又为所述更重要任务分配保证预算裕度,
保留装置(510),用于除了所述较不重要任务的所述较不重要的保证预算外,又为所述较不重要任务保留条件保证预算裕度。
7.如权利要求6所述的系统,其特征在于所述分配装置还包括衍生装置(512),用于从所述保证预算裕度得到所述条件保证预算裕度。
8.如权利要求6所述的系统,其特征在于还包括完成存储器(516),用于包含所述更重要任务的完成信号。
9.如权利要求7所述的系统,其特征在于还包括总量存储器(514),用于包括可以分配给所述较不重要任务的一定量的条件保证预算裕度。
10.一种包括根据所述权利要求6至9中的一项的系统的电视机(610)。
11.一种包括根据所述权利要求6至9中的一项的系统的机顶盒(702)。
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