操作系统第三章第三节

操作系统第三章第三节
实时调度
1.实时系统：指系统能够在限定的响应时间内提供所需水平的服务。

指计算的正确性不仅取决于程序的逻辑正确性，也取决于结果产生的时间，如果系统的时间约束条件得不到满足，将会发生系统出错。

实时任务：具有明确时间约束的计算任务，有软/硬，随机/周期性之分

v 硬实时任务：必须满足任务对截止时间的要求

v 软实时任务：联系着一个截止时间，但不严格，可偶尔错过，不会对系统造成大的影响。

› 实时系统的任务往往带有某种程度的紧迫性，因而实时系统的调度有某些特殊要求。

（1）
实现实时调度的基本条件

（（1））提供必要的信息

为了实现实时调度，系统应向调度程序提供有关任务的下述信息：

v 就绪时间。该任务成为就绪状态的时间。

v 开始截止时间、完成截止时间。

v 处理时间。从开始执行到完成所需时间。

v 资源要求。任务执行时所需的一组资源。

优先级。根据任务性质赋予不同优先级

（（2））系统处理能力足够强

系统中有M个周期性的硬实时任务，处理时间为Ci，周期时间表示为Pi,

单机系统中必须满足条件

m

∑( Ci / Pi )≤1

I=1

提高系统处理能力的方法

› 增强单机系统的处理能力

› 采用多处理机系统

            此情况下需满足∑（ Ci / Pi ）≤N，N为处理机数

((3)) ）采用抢占式调度机制

v 硬实时任务：广泛采用抢占机制。

v 小的实时系统：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，

((4)) 具有快速切换机制

对外部中断的快速响应能力。

v 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。

v 使系统中的运行功能单位适当的小，提高切换速度。类如线程的思想

(2) 实时调度算法的分类

v 根据实时任务的性质

› 硬实时调度算法

› 软实时调度算法；

v 按调度方式

› 非抢占调度算法

› 抢占调度算法；

v 根据调度时间不同

› 静态调度算法

› 动态调度算法。

v 多处理机环境下

› 集中式调度

› 分布式调度

((1)) 非抢占调度算法

分类：非抢占式轮转调度算法

非抢占式优先调度算法

（（2））抢占式调度算法

根据抢占发生时间可分为：

基于时钟：某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。

2.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

（3）常用的几种实时调度算法

v 最早截止时间优先EDF（Earliest Deadline First）算法

v 最低松弛度优先LLF（Least Laxity First）算法

（（1））最早截止时间优先EDF

v 根据任务的开始截止时间来确定任务的优先级。截止时间越早，其优先级越高。

› 系统保持一个实时任务就绪队列

› 队列按各任务截止时间的早晚排序

› 调度程序总是选择就绪队列中的第一个任务，分配处理机使之投入运行。

v 新任务产生时，是否等当前程序执行完：

› 抢占式/非抢占式

v 可能会使作业错过，但可适用于软实时系统

（（2））最低松弛度优先LLF

根据任务紧急（或松弛）的程度，来确定任务的优先级。任务的紧急程度越高（松弛度值越小），优先级就越高。

v 松弛度= 截止完成时间 – 还需执行时间 - 当前时间

可理解为当前时刻到开始截止时刻间的差距，随着时间的推进，这个差值逐渐变小，任务越来越紧迫。

u 进程切换发生的时机

u 进程执行完

u 进程I/O阻塞

u 新进程出现时可能的抢占

u 某进程松弛度为0时发生抢占

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。