吉林大学操作系统上机（实验二：处理机调度——实时调度算法EDF和RMS）

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每做一个实验都不禁感叹奇妙非常，以下仅为学习记录，不足出错欢迎指出

实验二 处理机调度——实时调度算法EDF和RMS

实验目的

深入理解处理机调度算法，了解硬实时概念，掌握周期性实时任务调度算法EDF(Earliest Deadline First)和RMS(Rate Monotonic Scheduling)的可调度条件，并能在可调度情况下给出具体调度结果。

实验内容

在Linux环境中采用用户级线程模拟实现EDF和RMS两种实时调度算法。给定一组实时任务，按照EDF算法和RMS算法分别判断是否可调度，在可调度的情况下，创建一组用户级线程，分别代表各个实时任务，并按算法确定的调度次序安排各个线程运行，运行时在终端上画出其Gantt图。为避免图形绘制冲淡算法，Gantt图可用字符表示。

实验准备

• EDF算法和RMS算法的可调度条件及调度原则。
• 在Linux环境中创建用户级线程的函数。

EDF算法和RMS的可调度条件及调度原则

• EDF(Earliest Deadline First)为可抢先式调度算法，其调度条件为sum(Ci/Ti)≤1；
  该算法是根据任务的开始截止时间来确定任务的优先级。截止时间愈早，其优先级愈高。 该算法要求在系统中保持一个实时任务就绪队列，具有最早截止时间的任务排在队列的最前面。调度程序在选择任务时，总是选择就绪队列中的第一个任务，为之分配处理机，使之投入运行。最早截止时间优先算法既可用于抢占式调度，也可用于非抢占式调度方式中。

• RMS算法为不可抢先调度算法，其调度条件为sum(Ci/Ti)≤n(exp(ln(2)/n)-1)。任务按单调速率优先级分配（RMPA）的调度算法，称为单调速率调度（RMS）。RMPA是指任务的优先级按任务周期T来分配。它根据任务的执行周期的长短来决定调度优先级，那些具有小的执行周期的任务具有较高的优先级，周期长的任务优先级低。

在Linux环境中创建用户级线程的函数

创建用户级线程的库函数为：

int pthread_create (pthread_t *THREAD,
                    pthread_attr_t * ATTR,
                    void * (*START_ROUTINE)(void *),
                    void * ARG)
pthread_create(tid,NULL,func,arg)；

其中：

• 第一个参数是pthread_t型的指针，用于保存线程id；
• 第二个参数是pthread_attr_t型的指针，用于说明要创建的线程的属性，NULL表示使用缺省属性；
• 第三个参数void * (*START_ROUTINE)(void *)指明了线程的入口，是一个只有一个(void *)参数的函数；
• 第四个参数 void * ARG是传给线程入口函数的参数。

实验设计

实时任务用task数据结构描述，设计四个函数：select_proc()用于实现调度算法，被选中任务执行proc()，在没有可执行任务时执行idle()，主函数mian()初始化相关数据，创建实时任务并对任务进行调度。
为模拟调度算法，给每个线程设置一个等待锁，暂不运行的任务等待在相应的锁变量上。主线程按调度算法唤醒一个子线程，被选中线程执行一个时间单位，然后将控制权交给主线程判断是否需要重新调度。

实验代码

#include "math.h"
#include "sched.h"
#include "pthread.h"
#include "stdlib.h"
#include "semaphore.h" 
#include "stdio.h"
#include 
typedef struct{  //实时任务描述
    char task_id;
    int call_num;  //任务发生次数
    int ci;  // Ci
    int ti;  //Ti 
    int ci_left;
    int ti_left; 
    int flag;  //任务是否活跃，0否，2是
    int arg;  //参数
    pthread_t th;  //任务对应线程
}task;
void proc(int* args);
void* idle();
int select_proc();
int task_num = 0;
int idle_num = 0;
int alg;  //所选算法，1 for EDF，2 for RMS
int curr_proc=-1;
int demo_time = 100;  //演示时间
task* tasks;
pthread_mutex_t proc_wait[100];
pthread_mutex_t main_wait, idle_wait;
float sum=0;
pthread_t idle_proc;
int main(int argc,char** argv)
{   
    pthread_mutex_init(&main_wait,NULL);
    pthread_mutex_lock(&main_wait);  //下次执行lock等待
    pthread_mutex_init(&idle_wait,NULL);
    pthread_mutex_lock(&idle_wait);  //下次执行lock等待
    printf("Please input number of real time tasks:\n");
    scanf("%d",&task_num);
    tasks = (task*)malloc(task_num*sizeof(task));
    int i;
for(i=0;i<task_num;i++)
{
        pthread_mutex_init(&proc_wait[i],NULL);
        pthread_mutex_lock(&proc_wait[i]);
    }
for(i=0;i<task_num;i++)
{
        printf("Please input task id, followed by Ci and Ti:\n");
    getchar();
        scanf("%c,%d,%d,",&tasks[i].task_id,&tasks[i].ci,&tasks[i].ti);
        tasks[i].ci_left=tasks[i].ci;
        tasks[i].ti_left=tasks[i].ti;
        tasks[i].flag=2;
        tasks[i].arg=i;
        tasks[i].call_num=1; 
        sum=sum+(float)tasks[i].ci/(float)tasks[i].ti; 
    }
    printf("Please input algorithm, 1 for EDF, 2 for RMS:");
    getchar();
    scanf("%d",&alg);
    printf("Please input demo time:");
    scanf("%d",&demo_time);
    double r=1;  //EDF算法
    if(alg==2)
    {  //RMS算法
        r=((double)task_num)*(exp(log(2)/(double)task_num)-1);
        printf("r is %lf\n",r);
    }
    if(sum>r)
    {  //不可调度
        printf("(sum=%lf > r=%lf) ,not schedulable!\n",sum,r);
        exit(2);
    }

    pthread_create(&idle_proc,NULL,(void*)idle,NULL); //创建闲逛线程
    for(i=0;i<task_num;i++)  //创建实时任务线程
        pthread_create(&tasks[i].th,NULL,(void*)proc,&tasks[i].arg);
    for(i=0;i<demo_time;i++)
    {
         int j; 
         if((curr_proc=select_proc(alg))!=-1)
         {  //按调度算法选线程
             pthread_mutex_unlock(&proc_wait[curr_proc]);  //唤醒
             pthread_mutex_lock(&main_wait);  //主线程等待
          }
          else
          {   //无可运行任务，选择闲逛线程
              pthread_mutex_unlock(&idle_wait);  
              pthread_mutex_lock(&main_wait);
          }
         for(j=0;j<task_num;j++)
          {  //Ti--，为0时开始下一周期
              if(--tasks[j].ti_left==0)
              {
                  tasks[j].ti_left=tasks[j].ti;
                  tasks[j].ci_left=tasks[j].ci;
                  pthread_create(&tasks[j].th,NULL,(void*)proc,&tasks[j].arg);
                  tasks[j].flag=2;
              }
         }
    }
    printf("\n");
    sleep(10); 
};

void proc(int* args)
{
    while(tasks[*args].ci_left>0)
    {
        pthread_mutex_lock(&proc_wait[*args]);  //等待被调度
        if(idle_num!=0)
{
            printf("idle(%d)",idle_num);
idle_num=0;
        }
        printf("%c%d",tasks[*args].task_id,tasks[*args].call_num);
        tasks[*args].ci_left--;  //执行一个时间单位
        if(tasks[*args].ci_left==0)
        {
            printf("(%d)",tasks[*args].ci);
            tasks[*args].flag=0;
            tasks[*args].call_num++;
        }
        pthread_mutex_unlock(&main_wait); //唤醒主线程
    }
};
void* idle()
{
     while(1)
      {
        pthread_mutex_lock(&idle_wait);  //等待被调度
        printf("->");  //空耗一个时间单位
        idle_num++;
        pthread_mutex_unlock(&main_wait);  //唤醒主控线程
    }
};
int select_proc(int alg)
{
    int j;
    int temp1,temp2;
    temp1=10000;
    temp2=-1;
    if((alg==2)&&(curr_proc!=-1)&&(tasks[curr_proc].flag!=0))
        return curr_proc; 

      for(j=0;j<task_num;j++)
      {
        if(tasks[j].flag==2)
          {
            switch(alg)
              {
                case 1:    //EDF算法
                     if(temp1>tasks[j].ti_left)
                        {
                           temp1=tasks[j].ti_left;
                            temp2=j;
                    }
                case 2:    //RMS算法
                   if(temp1>tasks[j].ti)
                          {
                        temp1=tasks[j].ti;
                        temp2=j;
                    }
               }
             }
         }
            return temp2;
}

输出：

输出中，上方为EDF算法，下方为RMS算法，值得注意的就是 gcc -pthread code_9.c -lm -o 09（验证的时候代码一致不给过好像就是这个-lm）参考博客：显式链接

思考题

• 上述参考算法中，被选中任务每运行一个时间单位即将控制权交给主线程，判断是否需要切换实时任务，这可看作发生一次时钟中断。实际上时钟中断的发生频率远没有这样频繁，因而上述调度会产生较大的开销。改进上述算法，使其只在需要重新调度任务时才返回主控线程。
• 在上述改进的基础上，对一组可调度实时事务，统计对不同调度算法的线程切换次数（不计主线程切换），并将其显示出来

我不会，挖坑挖坑，下周就要交实验报告了嗷嗷嗷嗷！