Alex_McAvoy

想要成为渔夫的猎手

实时调度算法

【实现实时调度的基本条件】

提供必要的信息

为实现实时调度,系统应向调度程序提供有关任务的下述信息:

  • 就绪时间:任务成为就绪状态的起始时间
  • 开始截止时间与完成截止时间:对于典型的实时任务,只需知道开始截止时间,或完成截止时间
  • 处理时间:一个任务从开始执行到完成的时间
  • 资源要求:任务执行时所需的一组资源
  • 优先级:若某任务的开始截止时间错过,会引起故障,则应为该任务赋予绝对优先级;若任务的开始截止时间错过,对任务进行无重大影响,则可为其赋予相对优先级

系统处理能力强

处理能力不足可能会出现某些实时任务不能得到及时处理,导致难以预料的后果。

假定系统中有 m 个周期周期性的硬实时任务,处理时间为 $C_i$,周期时间为 $P_i$,则在单机系统中有:

提高系统处理能力的途径有两种:

  • 采用单处理机系统:增强处理能力,显著地减少对每一个任务的处理时间
  • 采用多处理机系统:采用多机系统时,假定有 $N$ 个处理器,则有限制条件 $\sum_\limits{i=1}^m \frac{C_i}{P_i} \leq N$

调度机制

实时任务分为两种:

  • 硬实时任务:必须满足任务对截止时间的要求
  • 软实时任务:联系着一个截止时间,但不严格,可偶尔错过,不会对系统造成太大影响

对于硬实时任务来说,应采用抢占机制,这样即可满足其对截止时间的要求

对于小的实时任务来说,如能预知任务的开始截止时间,为简化调度程序和对任务调度时所花费的系统开销,可采用非抢占调度机制

具快速切换机制

为保证硬实时任务能及时运行,在系统中应具有快速切换机制,使之能进行任务的快速切换,该机制具有以下两方面的能力:

  • 对外部中断的快速响应能力:利用快速硬件中断机构,可在紧迫的外部事件请求中及时响应
  • 快速的任务分派能力:使系统中的运行功能单位适当的小,提高切换速度

【实时调度算法的分类】

非抢占式调度算法

非抢占式调度算法比较简单,常用于一些小型实时系统或要求不严格的实时系统中,根据采用的算法不同,分为以下两种:

  • 非抢占式轮转调度算法:常用于工业生产的群控系统中,要求不太严格
  • 非抢占式优先调度算法:常用于有一定要求的实时控制系统中,要求相对严格

抢占式调度算法

在较严格的实时系统中,常选择抢占式优先权调度算法,根据抢占发生时间的不同,分为以下两种:

  • 基于时钟:高优先级任务到达后并不立即抢占,而等下一个时钟中断时抢占
  • 立即抢占:一旦出现外部中断,只要当前任务未处于临界区,就立即抢占处理机

【常用调度算法】

最早截止时间优先算法

最早截止时间优先(Earliest Deadline First,EDF)算法,根据任务截止时间来确定任务的优先级,任务的截止时间越早,其优先级越高

系统会保持一个实时任务就绪队列,队列按照各任务截止时间的早晚进行排序,调度程序总会选择就绪队列中的第一个任务,分配处理机使其投入运行

新任务产生时,根据系统是否允许等待当前程序执行完而采用抢占式非抢占式调度方法

该算法可能会导致作业错过,因此常用于软实时系统

最低松弛度优先算法

最低松弛度优先(Least Laxity First,LLF)算法,根据任务的紧急(或松弛)程度来确定优先级,任务的紧急程度越高(或松弛度越小),优先级就越高

松弛度,是当前时刻到开始截止时间间的差距,随着时间的推进,这个差值会逐渐变小,任务也就越来越紧迫,优先级也就越高

对于最低松弛度优先算法来说,其进程发生切换的时机有:进程执行完、进程 I/O 阻塞、新进程出现时可能的抢占、某进程松弛度为 0 时发生抢占,需要注意的是,有的时刻,其他并发的实时任务下一周期未到来,会出现只有一个任务的情况

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