操作系统-8——多处理器调度和实时调度

（写在文章前：本文只考虑紧耦合多处理器的调度问题：即共享同一内存，且由OS完全控制的多个处理器。）

一、基本的设计问题

• 把进程分配到处理器：
  
  • 静态分配：一个进程始终在同一CPU上运行。
  • 动态分配：所有CPU共用一个就绪队列，于是进程可在不同时间运行于不同处理器上。有利于各CPU的负载均衡。
• 在单个处理器上是否使用多道程序设计：
  
  • 一个进程的多个线程应该同时在多个CPU上并行运行，而不是在单个CPU上多道运行，这是该进程运行情况好，且各CPU的负载均衡，性能最佳。
• 进程分派（调度）：选择哪个进程/线程运行。
  
  • 简单的调度算法（如FCFS或静态优先级）更有效，系统开销较低。

二、进程调度

对于多处理器，调度算法的选择不如在单处理器中重要。因此，多处理器系统中，采用简单的FCFS或“静态优先级+FCFS”算法就足够了。

三、实时调度

• 实时任务的处理要求紧急，具有最高优先权。
• 通常需要预先规定其开始或完成的最后截止期限。
• 实时任务分类：
  
  • 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。
  • 非周期性实时任务：不定期发生。
  • 周期性实时任务：每个T个时间单位发生一次。

• 调度方式

  • 轮转抢占式调度：获得秒级的响应时间。
    实时任务将加入就绪队列，等待他的下一个时间片。
    
  • 优先级驱动非抢占式调度：秒~数十毫秒级响应。
  • 给实时任务更高的优先级，在这种情况下，只要当前运行进程阻塞或运行结束，就可以调度这个就绪的实时任务。
    
  • 基于优先级的固定点抢占调度：毫秒级响应。
    把优先级和基于时钟的中断结合起来，可抢占点按规则的时间间隔出现。出现一个可抢占点时，若有更高级的任务等待，则当前执行的任务被抢占。
    
  • 基于优先级的立即抢占调度：微秒级响应。
    只要有实时任务，操作系统几乎立即响应一个中断，除非处于临界代码保护区中。实时任务的调度延迟可降低到100μs左右。
    

• 调度方法分类

  • 静态表调度：适合于周期性任务，根据任务的到达时间、处理时间。结束期限和优先级等，确定各任务调度顺序表和开始时刻。
  • 静态优先级抢占调度：给任务指定静态优先级。
  • 动态规划调度：一个新任务到达时，当能够满足它以及已有任务的时间约束（最有期限）时，才结婚搜这个新任务，并编入调度顺序。
  • 动态尽力调度：目前商用系统中常用。新任务到达就接受并制定优先级。尽力满足所有任务的时间约束，并终止那些已开始但将超过最后期限的进程。

• 限期调度

  • 最早最后期限调度算法：调度完成期限最近的任务。

• 有资源空闲时间的最早启动期限调度：如果事先知道个任务的启动最后期限，则调度启动期限最早的合格任务（甚至此任务额能尚未到达）
  

• 速度单调调度
  为每个任务分配一个语气发生频率（赫兹）成正比的优先级。频率月底（周期越长）的任务优先级越低。抢占式调度优先级高者。
  例如：周期为20ms的进程优先级为50（优先级高），周期为10ms的进程优先级为10（优先级低）。

！#对于周期性任务，任何调度算法都有下式成立：
- 有n个周期性任务，任务i的周期为Ti，处理时间为Ci，C1/T1+C2/T2+…+Cn/Tn ≤1时，才可能处理所有负载。满足该条件的实时系统称作任务可调度的。