操作系统原理 周苏 教学课件 第9章 处理器管理新.ppt

9.4 .2 实时调度 静态优先级抢占调度与大多数非实时多道程序系统中的基于优先级的抢占式调度所用的机制相同。在非实时系统中，各种因素都可能用于确定优先级。例如，在分时系统中，进程优先级的变化取决于它是处理器密集型的还是I/O密集型的。在实时系统中，优先级的分配与每个任务的时间约束相关。这种方法的一个例子是速率单调算法，它基于周期的长度给任务指定静态优先级。 9.4 .2 实时调度 基于动态规划调度，在一个任务已到达但未执行时，试图创建一个包含前面被调度任务和新到达任务的调度。如果新到达的任务可以按这种方式调度：满足它的最后期限，而且之前被调度的任务也不会错过它的最后期限，则修改这个调度以适应新任务。 9.4 .2 实时调度 动态尽力调度是当前许多商用实时系统所使用的方法。当一个任务到达时，该系统根据任务的特性给它指定一个优先级，并通常使用某种形式的时限调度，如最早最后期限调度。一般来说，这些任务是非周期性的，因此不可能进行静态调度分析。而对于这类调度，直到到达最后期限或者直到任务完成，我们都不知道是否满足时间约束，这是这类调度的一个主要缺点，它的优点是易于实现。 9.4 .3 限期调度 大多数当代实时操作系统的设计目标是，尽可能快速地启动实时任务，因此强调快速中断处理和任务分派。事实上，在评估实时操作系统时，并没有一个特别有用的度量。尽管存在动态资源请求和冲突、处理过载和软硬件故障，实时应用程序通常并不关注绝对速度，它关注的是在最有价值的时间完成（或启动）任务，既不要太早，也不要太晚。它按照优先级提供的工具，并不捕获在最有价值的时间完成（或启动）的需求。 9.4 .3 限期调度 近年来不断提出了许多关于实时任务调度的更有力、更适合的方法，所有这些方法都基于每个任务的额外信息，最常见的信息有： 就绪时间：任务开始准备执行时的时间。对于重复的或周期性的任务，这实际上是一个事先知道的时间序列。而对于非周期性的任务，或者也事先知道这个时间，或者操作系统仅仅知道什么时候任务真正就绪。 启动最后期限：任务必须开始的时间。 完成最后期限：任务必须完成的时间。典型的实时应用程序或者有启动最后期限，或者有完成最后期限，但不会两者都存在。 9.4 .3 限期调度 处理时间；从执行任务直到完成任务所需要的时间。在某些情况下，可以提供这个时间，而在另外一些情况下，操作系统度量指数平均值。其他调度系统未使用这个信息。 资源需求：任务在执行过程中所需要的资源集合（处理器以外的资源）。 优先级：度量任务的相对重要性。硬实时任务可能具有绝对的优先级，如果错过最后期限会导致系统失败。如果系统无论如何也要继续运行，则硬实时任务和软实时任务可以被指定相关的优先级，以指导调度器。 子任务结构：一个任务可以分解成一个必须执行的子任务和一个可选的子任务。只有必须执行的子任务拥有硬最后期限。 9.4 .3 限期调度 当考虑到最后期限时，实时调度功能可以分成许多维：下一次调度哪个任务以及允许哪种类型的抢占。可以看到，对一个给定的抢占策略，其具有启动最后期限或完成最后期限，采用最早最后期限优先的策略调度，可以使超过最后期限的任务数最少。这个结论既适用于单处理器配置，也适用于多处理器配置。 9.4 .3 限期调度 另一个重要的设计问题是抢占。当确定了启动最后期限后，就可以使用非抢占式调度器。在这种情况下，当实时任务完成了必须执行的部分或者关键部分后，它自己阻塞自己，使别的实时启动最后期限能够得到满足。对于具有完成最后期限的系统，抢占策略是最适合的。例如，如果任务X正在运行，任务Y就绪，能够使X和Y都满足它们的完成最后期限的唯一方法可能是，抢占X、运行Y直到完成，然后恢复X，并运行到完成。 9.4 .4 速率单调调度 为周期性任务解决多任务调度冲突的一种非常好的方法是速率单调调度（Rate Monotonic Scheduling, RMS）。这种方案较早就提出，但后来才得以普及。RMS基于任务的周期给它们指定优先级。 在RMS中，最短周期的任务具有最高优先级，次短周期的任务具有次高的优先级，依次类推。当同时有多个任务可以被执行时，最短周期的任务被优先执行。如果将任务的优先级视为速率的函数，那么这就是一个单调递增的函数，“速率单调调度”因此而得名。 9.4 .4 速率单调调度 衡量周期调度算法有效性的一种标准是，看它是否能保证满足所有硬最后期限。RMS已经被广泛使用于工业应用中，主要理由是： 1）实践中的性能差别很小。实际上的利用率常常能达到90%。 2）大多数硬实时系统也有软实时部件，如某些非关键性的显示和内置的自测试，它们可以在低优先级上执行，占用硬实时任务的RMS调度中没有使用的处理器时间。 9.4 .4 速率单调调度 3）RMS易于保障稳定性。当一