【操作系统】3.3实时调度

本文深入探讨实时系统的定义及其核心调度原则,包括实时调度的基本条件、系统处理能力需求、抢占式调度机制与快速切换机制。此外,还介绍了两种关键的实时调度算法——最早截止时间优先(EDF)和最低松弛度优先(LLF),并解释了它们如何根据任务的截止时间和紧急程度确定优先级。

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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。

2. 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:

就绪时间:该任务成为就绪状态的时间。

开始截止时间、完成截止时间

处理时间:从开始执行到完成所需时间。

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

3)采用抢占式调度机制

4)具有快速切换机制

3. 常用的几种实时调度算法

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

1)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。

2)新任务产生时,是否等当前程序执行完:

抢占式/非抢占式

3)可能会使作业错过,但可适用于软实时系统

b.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。

松弛度= 截止完成时间 – 还需执行时间 - 当前时间

4.进程切换发生的时机

  • 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

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。

 

### 关于操作系统课程练习3.3的解答与指导 对于操作系统课程中特定章节的练习,尤其是像练习3.3这样的题目,理解其背景理论至关重要。通常这类练习旨在考察对进程调度、内存管理或其他核心概念的理解。 #### 进程调度算法的应用实例 如果练习涉及进程调度,则可以考虑采用多种经典调度策略来解决问题,比如先来先服务(FCFS)、最短作业优先(SJF)、轮转法(Round Robin)。每种算法都有各自的优缺点,在不同场景下表现各异[^1]。 ```python def round_robin(processes, time_slice): queue = deque(processes) while queue: process = queue.popleft() if process.remaining_time <= time_slice: print(f"Executing {process.name} completely.") else: process.remaining_time -= time_slice queue.append(process) print(f"{process.name} still needs more time.") class Process: def __init__(self, name, total_time): self.name = name self.total_time = total_time self.remaining_time = total_time # Example usage p1 = Process(&#39;P1&#39;, 80) p2 = Process(&#39;P2&#39;, 40) round_robin([p1, p2], 20) ``` 此代码片段展示了如何实现简单的轮转调度器,这有助于加深对时间片分配机制的认识。 #### 存储管理技术解析 当涉及到存储管理方面的问题时,可探讨虚拟内存的工作原理以及页面置换算法的选择,如最优替换算法(OPT)、最近最少使用(LRU)等。这些知识点不仅限于理论层面,还应通过具体案例加强记忆。 为了更好地辅助学习者完成此类练习,建议: - **深入阅读教材**:确保掌握了所有相关的基本定义和术语。 - **参考在线资源**:查找类似问题及其解决方案作为参考。 - **参与讨论交流**:加入同学间的讨论小组或论坛提问,共同探索解题思路[^2]。
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