3.3 实时调度

由于在实时系统中都存在着若干个实施进程或任务，它们用来反应或控制某个（些）外部事件，往往带有某种程度的紧迫性，因而对实时系统中的调度提出了某些特殊要求，前面所介绍的多种调度算法，并不能很好的满足实时系统对调度的要求，为此，需要引入一种新的调度，即实时调度。

实时系统中包含两种任务：

• 硬实时任务
  指必须满足最后期限的限制，否则会给系统带来不可接受的破坏或者致命错误。
• 软实时任务
  也有一个与之关联的最后期限，并希望能满足这个期限的要求，但这并不是强制的，即使超过了最后期限，调度和完成这个任务仍然是有意义的。

一、实现实时调度的基本条件

二、实时调度算法的分类

三、常用的几种实时调度算法

一、实现实时调度的基本条件

在实时系统中，硬实时任务和软实时任务都联系着一个截止时间。为保证系统能正常工作，实时调度必须满足实时任务对截止时间的要求，为此，实现实时调度应具备下列四个条件：

• 1、提供必要的信息
• 2、系统处理能力强
• 3、采用抢占式调度机制
• 4、具有快速切换机制

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：只需知道一个
• 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、系统处理能力强

当≥1时，就会出现两个实时任务需要处理器处理的情况，这个时候一个处理器忙不过来。

所以对于这种情况，有如下两种解决方法：

3、采用抢占式调度机制

• 在含有硬实时任务的实时系统中，广泛采用抢占机制。
• 当一个优先权更高的任务到达时，允许将当前任务暂时挂起，令高优先权任务立即投入运行，这样可满足该实时任务对截止时间的要求。但此种机制比较复杂。

4、具有快速切换机制

为保证要求较高的硬实时任务能及时运行，在实时系统中还应具有快速切换机制，以保证任务的快速切换。需要以下两种能力：

• 对外部中断的快速响应能力：
  要求系统具有快速硬件中断机制，使可在紧迫的外部事件请求中断时及时响应。
• 快速的任务分派能力：
  在完成任务调度后，便应进行任务切换，为提高速度，应使系统中的运行功能单位适当的小，以减少任务切换的时间开销。

二、实时调度算法的分类

可按照不同方式对实时调度算法加以分类：

• 根据实时任务性质的不同，分为硬实时调度算法和软实时调度算法
• 按调度方式的不同，分为非抢占调度算法和抢占调度算法
• 根据调度程序调度时间的不同，分为静态调度算法和动态调度算法
• 多处理机环境下，可分为集中式调度和分布式调度两种算法

1、非抢占调度算法

2、抢占调度算法

三、常用的几种实时调度算法

目前有许多实时调度算法：

• 最早截止时间优先EDF（Earliest Deadline First）算法
• 最低松弛度优先LLF（Least Laxity First）算法

1、最早截止时间优先EDF（Earliest Deadline First）算法

• 根据任务的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。
• 该算法要求在系统中保持一个实时任务就绪队列，该队列按各任务截止时间的早晚排序，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。

EDF算法既可以用于抢占式调度，也可用于非抢占式调度。

任务A1必须在A2到达之前处理完，所以A1的截止时间（处理的最后期限）是20，其他类似。

当采用A优先级更高，或者B优先级更高的时候，总有进程会被错过，采用最早截止时间优先算法的时候就可以避免这种情况！

2、最低松弛度优先LLF（Least Laxity First）算法

松弛度越小的，优先级越高

           截止时间            到达时间          
   A1       20                  0                
   A2       40                 20               
   A3       60                 40               
   A4       80                 60               
   A5      100                 80               
   B1       50                  0                
   B2      100                 50               
   B3      150                100             

• T0：A1,B1同时来到，A1的松弛度=20-10-0=10；B1的松弛度=50-25-0=25，先执行A1，A1从T0执行到T10，A1完成。
• 此时A2还没有到，因此会继续执行B1，当B1执行到T20时，A2到来，此时开始计算A2的松弛度=40-10-20=10，此时A2的松弛度不为0，所以继续执行B1，当B1执行到T30时，此时A2的松弛度=40-10-30=0，所以需要进行任务切换，开始执行A2。
• 所以在T30~T40阶段，处理A2。
• 在T40时，A2处理完。A3到来，此时A3的松弛度=60-40-10=10，B1的松弛度=50-40-5=5，发生任务切换，开始执行B1。
• B1执行到T45时 ，B1完成，开始执行A3。
• 在T50时，B2到来，但是A3没有执行完，B2的松弛度也不为0，所以不发生任务切换，继续执行A3，到T55时，A3执行完，此时开始执行B2。
• B2执行到T60时 ，A4到来。此时B2的松弛度=100-25-60=15，A4的松弛度也不为0，不发生切换……

最低松弛度算法发生任务切换只有2种情况：

• 1、当前任务执行完
• 2、新来的任务的松弛度是否等于0