202403172356_《Initial sys. of C》

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <string.h>
#include <stdbool.h>
#include <dlfcn.h>
#include <signal.h>
#include <setjmp.h>
#include <math.h>

#define MAX_TASKS 100
#define MAX_RETRIES 3
#define MAX_MODULES 10
#define MAX_MEMORY 1024 * 1024 // 1MB内存

// 错误处理相关定义
#define ERROR_NONE 0
#define ERROR_TEMPORARY 1
#define ERROR_PERMANENT 2

// 调度策略
#define SCHED_POLICY_PRIORITY 0
#define SCHED_POLICY_ROUND_ROBIN 1

// 网络协议相关定义
#define PROTOCOL_WIFI 0
#define PROTOCOL_BLUETOOTH 1
#define PROTOCOL_ZIGBEE 2
#define PROTOCOL_CUSTOM 3

// 任务状态定义
typedef enum {
    TASK_NOT_RUNNING, // 任务未运行
    TASK_READY, // 任务就绪,可以运行
    TASK_RUNNING // 任务正在运行
} task_state_t;

typedef struct task {
    void (*taskFunction)(void*, int*); // 任务函数现在接受一个额外的错误指针参数
    void* params;
    int priority;
    int cycle; // 以某种时间单位衡量
    int next_run_time; // 下一次执行时间
    int retry_count; // 任务重试次数
    task_state_t state; // 任务状态
    bool is_isolated; // 标记任务是否被隔离
    void* task_stack; // 任务堆栈
    int task_stack_size; // 任务堆栈大小
    sigjmp_buf task_context; // 任务上下文
} task_t;

typedef struct kernel {
    task_t tasks[MAX_TASKS];
    int task_count;
    int sched_policy; // 调度策略
    int memory_usage; // 内存使用情况
    int cpu_usage; // CPU使用情况
    int error_count; // 错误计数
    void* loaded_modules[MAX_MODULES]; // 动态加载的模块
    int module_count;
    int network_protocol; // 网络协议
    bool is_running; // 标记内核是否正在运行
    sigjmp_buf kernel_context; // 内核上下文
    
    // 反馈控制和自适应系统相关参数
    int target_cpu_usage; // 目标CPU使用率
    int target_memory_usage; // 目标内存使用率
    int adaptation_interval; // 自适应调整间隔时间
    int last_adaptation_time; // 上次自适应调整时间
    
    // 控制器参数
    double Kp, Ki, Kd; // PID控制器参数
    double integral_cpu, prev_cpu_error; // 用于计算CPU使用率控制
    double integral_mem, prev_mem_error; // 用于计算内存使用率控制
} kernel_t;

// 硬件抽象层函数
void hal_init();
void hal_delay(int ms);
int hal_get_time();
void hal_send_data(void* data, int len);
void hal_receive_data(void* buffer, int len);
int hal_get_cpu_usage();

kernel_t* global_kernel; // 全局内核指针,用于中断处理程序访问

void kernel_init(kernel_t* kernel, int max_tasks, int sched_policy, int network_protocol, int target_cpu_usage, int target_memory_usage, int adaptation_interval, double Kp, double Ki, double Kd) {
    kernel->task_count = 0;
    kernel->sched_policy = sched_policy;
    kernel->memory_usage = 0;
    kernel->cpu_usage = 0;
    kernel->error_count = 0;
    kernel->module_count = 0;
    kernel->network_protocol = network_protocol;
    kernel->is_running = false;
    
    // 初始化反馈控制和自适应系统参数
    kernel->target_cpu_usage = target_cpu_usage;
    kernel->target_memory_usage = target_memory_usage;
    kernel->adaptation_interval = adaptation_interval;
    kernel->last_adaptation_time = 0;
    
    // 初始化控制器参数
    kernel->Kp = Kp;
    kernel->Ki = Ki;
    kernel->Kd = Kd;
    kernel->integral_cpu = 0.0;
    kernel->prev_cpu_error = 0.0;
    kernel->integral_mem = 0.0;
    kernel->prev_mem_error = 0.0;

    // 初始化硬件抽象层
    hal_init();

    // 初始化其余部分...

    global_kernel = kernel; // 设置全局内核指针
}

// 不变部分

void kernel_add_task(kernel_t* kernel, void (*taskFunction)(void*, int*), void* params, int priority, int cycle, int stack_size) {
    if (kernel->task_count < MAX_TASKS && kernel->memory_usage + stack_size <= MAX_MEMORY) {
        task_t* task = &kernel->tasks[kernel->task_count++];
        task->taskFunction = taskFunction;
        task->params = params;
        task->priority = priority;
        task->cycle = cycle;
        task->next_run_time = 0; // 假设立即执行
        task->retry_count = 0; // 初始化重试次数
        task->state = TASK_NOT_RUNNING; // 新任务初始状态为未运行
        task->is_isolated = false;
        task->task_stack = malloc(stack_size); // 分配任务堆栈
        task->task_stack_size = stack_size;
        kernel->memory_usage += stack_size; // 更新内存使用情况

        // 其他任务属性初始化...
    } else {
        printf("Failed to add task: out of memory\n");
    }
}

// PID控制算法
double pid_control(double error, double integral, double prev_error, double Kp, double Ki, double Kd, double dt) {
    double derivative = (error - prev_error) / dt;
    integral += error * dt;
    double control_output = Kp * error + Ki * integral + Kd * derivative;
    return control_output;
}

// CPU使用率控制传递函数
double control_cpu_usage(kernel_t* kernel, double control_output) {
    double cpu_adjustment = 0.0;
    // 根据控制输出调整任务优先级或周期
    // ...
    return cpu_adjustment;
}

// 内存使用率控制传递函数
double control_memory_usage(kernel_t* kernel, double control_output) {
    double memory_adjustment = 0.0;
    // 根据控制输出调整内存分配或释放
    // ...
    return memory_adjustment;
}

void kernel_adapt(kernel_t* kernel) {
    int current_time = hal_get_time();
    if (current_time - kernel->last_adaptation_time >= kernel->adaptation_interval) {
        // 执行自适应调整
        kernel->last_adaptation_time = current_time;
        double dt = (double)(current_time - kernel->last_adaptation_time) / 1000.0; // 时间间隔,单位为秒
        
        // 计算CPU使用率控制输出
        double cpu_error = kernel->target_cpu_usage - kernel->cpu_usage;
        double cpu_control_output = pid_control(cpu_error, kernel->integral_cpu, kernel->prev_cpu_error, kernel->Kp, kernel->Ki, kernel->Kd, dt);
        kernel->integral_cpu += cpu_error * dt;
        kernel->prev_cpu_error = cpu_error;
        
        // 计算内存使用率控制输出
        double mem_error = kernel->target_memory_usage - kernel->memory_usage;
        double mem_control_output = pid_control(mem_error, kernel->integral_mem, kernel->prev_mem_error, kernel->Kp, kernel->Ki, kernel->Kd, dt);
        kernel->integral_mem += mem_error * dt;
        kernel->prev_mem_error = mem_error;
        
        // 传递函数,调整CPU使用率和内存使用率
        double cpu_adjustment = control_cpu_usage(kernel, cpu_control_output);
        double memory_adjustment = control_memory_usage(kernel, mem_control_output);
        
        // 应用调整
        // ...
    }
}

int main() {
    kernel_t myKernel;
    kernel_init(&myKernel, MAX_TASKS, SCHED_POLICY_PRIORITY, PROTOCOL_WIFI, 70, 512 * 1024, 5000, 0.5, 0.1, 0.2); // 目标CPU使用率70%,目标内存使用率512KB,自适应调整间隔5秒,PID参数Kp=0.5,Ki=0.1,Kd=0.2
    kernel_add_task(&myKernel, example_task, NULL, 1, 5, 1024); // 优先级1,每5秒执行,堆栈大小1KB

    // 添加更多任务...

    // 动态加载模块
    kernel_load_module(&myKernel, "./module1.so");
    kernel_load_module(&myKernel, "./module2.so");

    // 注册中断处理程序
    signal(SIGINT, interrupt_handler);

    myKernel.is_running = true;

    while (myKernel.is_running) {
        kernel_schedule(&myKernel);

        // 执行其他内核操作...

        // 监控内存和CPU使用情况
        myKernel.cpu_usage = hal_get_cpu_usage();

        // 自适应调整
        kernel_adapt(&myKernel);

        // 重塑或回退任务

        // 网络通信
        kernel_send_data(&myKernel, data_buffer, data_len);
        kernel_receive_data(&myKernel, recv_buffer, recv_len);

        // ...

        hal_delay(1000); // 简单的循环延时
    }

    return 0;
}