RTOS-Chapter2-4 任务调度.pptVIP

第四节任务调度 一、任务调度概述 调度的产生 任务调度的概念 调度的实现 实时操作系统调度的主要特点 调度算法考虑的因素 调度算法的分类 实现实时调度的基本条件 1.调度的产生 计算机发展初期 通常都要集中在计算机所在的地方，人为地以作业的方式把工作内容一件一件地提交给计算机进行处理，也就不存在调度的概念 随后，出现了计算机的批处理方式 计算机把作业按照先来先服务的方式进行处理，体现了一种非常简单的调度概念。 后来出现多道批处理方式，调度才变得复杂和重要起来。 2.任务调度的概念 进程调度，低级调度，短程调度 任何操作系统都应该具备调度功能。 任务调度方式可以用以区分操作系统的类型：分时操作系统和实时操作系统。 用来决定就绪队列中的哪个任务应获得处理机，然后再由分派程序执行把处理机分配给该任务的具体操作。 实时操作系统任务调度分成以下几种：基于优先权的非抢占方式，基于优先权的抢占方式(uc-os-II)，基于优先权的时间片轮转调度（VxWorks）。 任务调度要解决的问题 WHAT：按什么原则分配CPU 任务调度算法 WHEN：何时分配CPU 任务调度的时机 HOW： 如何分配CPU 任务调度过程（参见任务切换） 调度点（when） 调用调度程序的具体位置又被称为是一个调度点（scheduling point），调度点通常处于以下位置： 中断服务程序的结束位置； 任务因等待资源而进入等待状态； 任务进入就绪状态时等。 3.调度的实现 操作系统通过一个调度程序来实现调度功能。 调度程序以函数的形式存在，用来实现操作系统的调度算法。 调度程序本身并不是一个任务，是一个函数调用，可在内核的各个部分进行调用。 这个函数对用户是不可见的，无法直接使用。 调度实现的开销 调度本身需要一定的系统开销，需要花费时间来计算下一个可被执行的任务。 竭力使用最优调度方案往往并不是一个明智的办法 高级的调度程序通常本身的代码很多，执行起来具有更多的不可预见性，需要花费更多的时间和资源 并且其复杂性也增加了应用编程人员的使用难度。 4.实时操作系统调度的主要特点 简单是实时内核所强调的主要特点 实用的实时内核在实现时大都采用了简单的调度算法，以确保任务的实时约束特性和可预见性。 复杂的调度算法则通常用于研究领域 。 调度算法的主要职责和实际的调度算法 内核的主要职责就是要确保所有的任务都能够满足所有任务的时间约束特性要求。 时间约束特性来源于任务的不同需求，且同一个任务在不同时候也可能具有不同的时间约束特性。 比如，机器人中用来控制行动的任务在障碍环境下行走所需要考虑的约束特性就比行走在开放环境下要多得多。 能够同时适应所有情况的调度算法是不存在的。 5.调度算法考虑的因素 设计调度程序时，通常需要综合考虑如下因素： CPU的使用率（CPU utilization） 输入/输出设备的吞吐率 响应时间（responsive time） 公平性 截止时间 调度算法考虑的因素 这些因素之间具有一定的冲突性。 比如提高了CPU的使用率，但这显然会降低系统的响应时间；输入输出的吞吐率高，也会降低系统的响应时间。 调度程序的设计需要优先考虑最重要的需求，然后在各种因素之间进行折衷处理。 6.调度算法的分类 对于大量的实时调度方法而言，存在着以下几类主要的划分方法： 离线和在线调度 抢占和非抢占调度 静态和动态调度 最佳和试探性调度 可剥夺型和不可剥夺型调度 可剥夺型=抢占 不可剥夺型 = 非抢占 7.实现实时调度的基本条件 提供必要的信息 系统处理能力强 采用抢占式调度机制 具有快速切换能力 提供任务的必要信息 就绪时间：某个任务成为就绪状态的起始时间。周期任务-序列；无周期：也可能预知。 开始截止时间和结束截止时间 处理时间：指一个任务从开始执行到执行完成所需要的时间。 资源要求：指任务执行时所需的一组资源。 优先级。 系统处理能力强 假设实时系统中都是周期性任务，则每个任务的周期设为Ti，每个任务执行的时间设置为Ci。 则需要C1/T1+C2/T2+…CN/TN =1 经过计算后，如果发现结果大于1则需要采取措施：提高CPU速度，减少Ci的执行时间。要不可以采取多处理机(N)。 C1/T1+C2/T2+…CN/TN =N 单处理器系统中，实际需要将C1/T1+C2/T2+…CN/TN的结果小于70%。最好是60%-70%之间。如果超过70%或接近100%的话，没法修改程序，没法增加新功能。 采用抢占式调度机制 对于硬实时系统，必须采用抢占式调度机制。 对于小的实时系统或者对时间要求不高的系统，也可以采用非抢占式调度机制。但是要使得每个任务都比较小。 小任务环境下，某一个任务运行中，假使有另外一个优先级别更高的任务就绪。此时，即使不抢占，等待时间也不会