处理机调度与死锁（二）——实时调度

实时调度

一、实时系统与实时任务

1.实时系统

实时系统 ：指能及时响应外部事件的请求，在规定时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行计算机系统。
（一）实时控制系统
如：飞机的自动驾驶系统，导弹的制导系统
（二）实时信息处理系统
如：飞机订票系统，情报检索系统

实时操作系统的特点：
快速进行上下文切换
实时任务小
能够快速响应外部中断
具有进程间通信工具的多任务处理，如信号量、信号和事件
快速存储数据的文件
使用可以快速存储数据的特殊顺序文件
基于优先级的抢占式调度
最小化中断被禁用的时间间隔
将任务延迟固定时间
特殊警报和超时处理

2.实时任务

按任务执行时是否呈现周期性划分：
周期性实时任务
非周期性实时任务

根据截至时间的要求来划分：
硬实时任务：
必须在最后期限内开始或完成。否则会给系统带来不可接受的破坏或知名的错误。

软实时任务：时间限制较弱。

二、实时操作系统的特征

1.确定性
操作在固定的、预定的时间或预定的时间间隔内执行。
关心操作系统在确认中断之前延迟多长时间
2.响应性
获得中断信号以后，怎么去服务于这个事件
包括开始执行中断的时间
包括执行中断的时间
3.可靠性

三、实时调度算法分类

根据实时任务性质，分为硬实时调度和软实时调度

按调度方式，分为非抢占式调度算法和抢占式调度算法

1.非抢占式调度算法

（1）非抢占式轮转调度算法
由一台计算机控制若干个相同的（或类似的）对象，并为其建立对应的实时任务，将它们排成一个轮转队列。调度程序选择队首任务运行，运行结束后将它挂到队尾等待。
（2）非抢占式优先调度算法
若在系统中还含有少量具有一定要求的实时任务，可采用非抢占式优先调度算法。系统为这些任务赋予较高的优先级，当这些实时任务到达时，将它们安排在就绪队列队首，当前任务自我终止或运行完成后，可去调度队首的高优先进程。

2.抢占式调度算法

（1）基于时钟中断的抢占式优先级调度算法
当某实时任务到达后，它的优先级高于当前任务的优先级，等到时钟中断发生时，调度程序才剥夺当前任务的执行，将处理机分配给新到的高优先级任务。
（2）立即抢占的优先级调度算法
一旦出现外部中断，只要当前任务未处于临界区，立即剥夺当前任务的执行，把处理机分配给请求中断的紧迫任务。

四、实时调度常用算法

1.最早截止时间EDF算法

根据任务的截止时间确定任务的优先级，具有最早截止时间的任务具有最高优先级，排在队伍的队首。
EDF算法既可用于抢占式调度算法中，也可用于非抢占式调度算法中。
（1）非抢占式调度方式用于非周期实时任务

该例中，有四个非周期性任务先后到达。根据开始截止时间的早晚来调度任务执行。先调度执行任务1，任务1执行期间任务2、3先后到达，因为任务3的开始截止时间早于任务2的，故系统在任务1后先调度任务3执行。后面与此类似。

（2）抢占式调度方式用于周期性实时任务

该例中两个周期任务A、B，其周期分别为20ms，50ms。每个周期的处理时间分别为10ms，25ms。
为了说明通常的优先级调度不能适用于实时系统，增加第二和第三行。第二行假定任务A具有较高的优先级，第三行假定任务B具有较高的优先级。会出现错过任务最后期限的问题，说明利用通常的优先级调度失败。
第四行采用最早截止时间优先算法的时间图。

2.最低松弛度优先LLF算法

该算法确定任务优先级根据的是任务的紧急（或松弛）程度。任务紧急程度越高，赋予该任务的优先级越高，以使之优先执行。
该算法只要用于可抢占调度方式中。

该例中有两个周期任务A、B，任务A要求每20ms执行一次，执行时间10ms，任务B要求每50ms执行一次，执行时间25ms。
在t1=0时，松弛度=必须完成时间-自身运行时间-当前时间，A1的松弛度10ms。B1的松弛度为25ms，故先调度A1执行。在t2=10ms时，A2的松弛度为20ms，B1的松弛度为15ms，故先调度B1运行。后面以此类推。

五、优先级倒置

1.形成

在系统中存在着影响进程运行的资源而可能产生“优先级倒置”的现象，即高优先级（或线程）被低优先级进程（或线程）延迟或阻塞。

不同优先级线程对共享资源的访问的同步机制。优先级为１和３的线程P3和线程P1需要访问共享资源，优先级为２的线程P2不访问该共享资源。当P1正在访问共享资源时，P3等待互斥体，但是此时P1被P2抢先了，导致P2运行P3阻塞。即优先级低的线程P2运行，优先级高的P3被阻塞。

2.解决办法

采用动态优先级继承方法。

当高优先级进程P1要进入临界区，去使用临界资源R，如果已有一个低优先级进程P3正在使用该资源，此时一方面P1被阻塞，另一方面由P3继承P1的优先级，并一直保持到P3退出临界区。这样的目的在于不让比P3优先级稍高，但比P1优先级低的进程如P2插进来，导致延缓P3退出临界区。