21/25實(shí)時(shí)系統(tǒng)中程序暫停的調(diào)度算法第一部分實(shí)時(shí)系統(tǒng)暫停調(diào)度簡(jiǎn)介 2第二部分暫停調(diào)度算法的分類 5第三部分優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法 7第四部分輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法 9第五部分最早截止時(shí)間優(yōu)先算法 11第六部分失效恢復(fù)與暫停需求 14第七部分暫停調(diào)度中的鎖機(jī)制 17第八部分實(shí)時(shí)系統(tǒng)暫停調(diào)度優(yōu)化 18

第一部分實(shí)時(shí)系統(tǒng)暫停調(diào)度簡(jiǎn)介關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)【暫停調(diào)度概述】

1.實(shí)時(shí)系統(tǒng)中程序暫停是一種臨時(shí)的執(zhí)行中斷，允許系統(tǒng)執(zhí)行優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)或處理緊急事件。

2.暫停調(diào)度算法決定了暫停程序的順序和持續(xù)時(shí)間，以確保系統(tǒng)中的所有任務(wù)都能按時(shí)完成。

3.暫停調(diào)度算法必須考慮系統(tǒng)的具體需求，例如任務(wù)的優(yōu)先級(jí)、資源約束和時(shí)間限制。

【暫停調(diào)度的類型】

實(shí)時(shí)系統(tǒng)暫停調(diào)度簡(jiǎn)介

背景

在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，任務(wù)的正確性與否不僅取決于其功能的正確性，還依賴于其時(shí)序約束，即任務(wù)必須在指定的截止時(shí)間或時(shí)限內(nèi)完成。當(dāng)系統(tǒng)資源不足以滿足所有任務(wù)的時(shí)序約束時(shí)，需要采用特殊的調(diào)度算法對(duì)任務(wù)進(jìn)行調(diào)度，以確保滿足不同任務(wù)的時(shí)序要求。

暫停調(diào)度

暫停調(diào)度是一種特殊的調(diào)度算法，用于管理實(shí)時(shí)系統(tǒng)中任務(wù)的暫停和恢復(fù)。當(dāng)系統(tǒng)資源不足以為所有任務(wù)提供服務(wù)時(shí)，暫停調(diào)度算法可以將低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)暫停，以便為高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)提供必要的資源。當(dāng)資源可用時(shí)，被暫停的任務(wù)將被恢復(fù)執(zhí)行。

暫停調(diào)度的類型

*搶占式暫停調(diào)度：當(dāng)高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)需要資源時(shí)，搶占式暫停調(diào)度算法會(huì)立即暫停低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)，將資源分配給高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)。

*非搶占式暫停調(diào)度：非搶占式暫停調(diào)度算法不會(huì)立即暫停低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)，而是等到低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)完成其當(dāng)前執(zhí)行周期后才將其暫停，從而避免了暫停任務(wù)的額外開(kāi)銷。

暫停調(diào)度算法

最早截止時(shí)間優(yōu)先(EDL)

*算法原理：EDL算法根據(jù)任務(wù)的截止時(shí)間對(duì)其進(jìn)行排序，并優(yōu)先調(diào)度具有最早截止時(shí)間的任務(wù)。

*優(yōu)點(diǎn)：可以保證具有最早截止時(shí)間的任務(wù)在截止時(shí)間前完成。

*缺點(diǎn)：可能導(dǎo)致低優(yōu)先級(jí)任務(wù)長(zhǎng)期被暫停，從而影響其時(shí)序約束。

最遲截止時(shí)間優(yōu)先(LDL)

*算法原理：LDL算法根據(jù)任務(wù)的最遲截止時(shí)間對(duì)其進(jìn)行排序，并優(yōu)先調(diào)度具有最遲截止時(shí)間的任務(wù)。

*優(yōu)點(diǎn)：可以確保具有最遲截止時(shí)間的任務(wù)在最遲截止時(shí)間前完成。

*缺點(diǎn)：可能導(dǎo)致高優(yōu)先級(jí)任務(wù)長(zhǎng)期被暫停，從而影響其時(shí)序約束。

速率單調(diào)調(diào)度(RMS)

*算法原理：RMS算法要求任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間和周期保持單調(diào)遞增的關(guān)系，并基于任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間和周期對(duì)其進(jìn)行調(diào)度。

*優(yōu)點(diǎn)：可以保證所有任務(wù)在截止時(shí)間前完成。

*缺點(diǎn)：對(duì)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間和周期有一定的限制，可能不適用于所有實(shí)時(shí)系統(tǒng)。

死鎖避免

暫停調(diào)度可能會(huì)導(dǎo)致死鎖，即兩個(gè)或多個(gè)任務(wù)相互等待資源，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行。為了避免死鎖，可以采用以下策略：

*優(yōu)先級(jí)繼承：當(dāng)一個(gè)高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)被暫停時(shí)，其擁有的資源將被分配給暫緩其執(zhí)行的低優(yōu)先級(jí)任務(wù)，后者將繼承高優(yōu)先級(jí)的優(yōu)先級(jí)，以避免死鎖。

*時(shí)限優(yōu)先：當(dāng)一個(gè)任務(wù)的時(shí)限即將到來(lái)時(shí)，其優(yōu)先級(jí)將被提升，以避免錯(cuò)過(guò)時(shí)限。

*資源排序：對(duì)系統(tǒng)資源進(jìn)行排序，并按順序分配資源，以避免死鎖的發(fā)生。

暫停調(diào)度的好處

*保證時(shí)序約束：暫停調(diào)度可以確保高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)在截止時(shí)間前完成，從而滿足實(shí)時(shí)系統(tǒng)的時(shí)序要求。

*資源優(yōu)化：當(dāng)系統(tǒng)資源不足時(shí)，暫停調(diào)度可以將低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)暫停，從而為高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)提供必要的資源，優(yōu)化資源利用率。

*系統(tǒng)穩(wěn)定性：暫停調(diào)度可以避免系統(tǒng)因資源不足而崩潰，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

暫停調(diào)度的局限性

*附加開(kāi)銷：暫停和恢復(fù)任務(wù)會(huì)產(chǎn)生額外的開(kāi)銷，可能影響系統(tǒng)的整體性能。

*任務(wù)優(yōu)先級(jí)分配：暫停調(diào)度算法需要合理的任務(wù)優(yōu)先級(jí)分配，否則可能會(huì)導(dǎo)致不公平的調(diào)度或死鎖。

*實(shí)時(shí)性要求：暫停調(diào)度算法必須能夠快速響應(yīng)系統(tǒng)的變化，以確保任務(wù)的時(shí)序約束得到滿足。

總之，暫停調(diào)度是一種重要的調(diào)度算法，用于管理實(shí)時(shí)系統(tǒng)中任務(wù)的暫停和恢復(fù)，以滿足任務(wù)的時(shí)序約束和系統(tǒng)資源的限制。通過(guò)選擇合適的暫停調(diào)度算法和采取適當(dāng)?shù)乃梨i避免策略，可以有效提高實(shí)時(shí)系統(tǒng)的性能、可靠性和穩(wěn)定性。第二部分暫停調(diào)度算法的分類暫停調(diào)度算法的分類

在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，程序暫停調(diào)度算法根據(jù)它們暫停線程的方式和決策因素進(jìn)行分類。主要類別包括：

優(yōu)先級(jí)驅(qū)動(dòng)暫停算法

*固定優(yōu)先級(jí)暫停算法：將線程分配固定優(yōu)先級(jí)，暫停具有較高優(yōu)先級(jí)的線程。

*動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)暫停算法：根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)條件調(diào)整線程優(yōu)先級(jí)。例如，優(yōu)先繼承協(xié)議。

時(shí)間驅(qū)動(dòng)暫停算法

*最早到期時(shí)間(EDF)：暫停具有最早到期時(shí)間的線程，以最大程度地減少延誤。

*最近到期時(shí)間(NEDF)：暫停具有最近到期時(shí)間的線程，以最大程度地減少等待時(shí)間。

公平暫停算法

*循環(huán)優(yōu)先級(jí)暫停算法：按循環(huán)方式輪流暫停線程，確保公平性。

*時(shí)間片暫停算法：將系統(tǒng)時(shí)間劃分為時(shí)間片，并在每個(gè)時(shí)間片中按照先到先服務(wù)的方式暫停線程。

混合暫停算法

*優(yōu)先級(jí)和時(shí)間驅(qū)動(dòng)的暫停算法：結(jié)合優(yōu)先級(jí)和時(shí)間因素，例如，基于速率單調(diào)分析的暫停算法。

*公平和時(shí)間驅(qū)動(dòng)的暫停算法：結(jié)合公平性和時(shí)間因素，例如，基于周期服務(wù)器的暫停算法。

其他暫停算法

*搶占暫停算法：可以搶占正在運(yùn)行的線程，而無(wú)需等待其完成。

*非搶占暫停算法：必須等待正在運(yùn)行的線程完成，然后再將其暫停。

*協(xié)作暫停算法：需要線程主動(dòng)讓出處理器，以允許其他線程運(yùn)行。

暫停算法的比較

選擇合適的暫停調(diào)度算法取決于系統(tǒng)的特定要求。以下是一些關(guān)鍵考慮因素：

*可預(yù)測(cè)性：算法必須能夠保證程序的及時(shí)執(zhí)行。

*公平性：算法必須確保所有線程都有公平的機(jī)會(huì)執(zhí)行。

*開(kāi)銷：算法的執(zhí)行開(kāi)銷必須足夠低，以免影響系統(tǒng)的性能。

*靈活性：算法必須能夠適應(yīng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化。

具體示例

*Linux調(diào)度器：使用基于優(yōu)先級(jí)的暫停調(diào)度算法，稱為“完全公平調(diào)度程序(CFS)”。

*VxWorks：提供多種暫停調(diào)度算法，包括固定優(yōu)先級(jí)、EDF和NEDF。

*QNX：使用基于優(yōu)先級(jí)的暫停調(diào)度算法，稱為“ELF”。

結(jié)論

在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，程序暫停調(diào)度算法對(duì)于確保及時(shí)性和可預(yù)測(cè)性至關(guān)重要。根據(jù)系統(tǒng)的特定要求，可以從各種暫停調(diào)度算法中進(jìn)行選擇。通過(guò)仔細(xì)考慮可預(yù)測(cè)性、公平性、開(kāi)銷和靈活性等因素，可以為實(shí)時(shí)系統(tǒng)選擇最合適的暫停調(diào)度算法。第三部分優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法

在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法是一種調(diào)度算法，它根據(jù)進(jìn)程或線程的優(yōu)先級(jí)對(duì)其執(zhí)行進(jìn)行調(diào)度。優(yōu)先級(jí)越高，進(jìn)程或線程獲得處理器的機(jī)會(huì)就越多。

算法原理

優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法將進(jìn)程或線程劃分為不同的優(yōu)先級(jí)級(jí)別。每個(gè)進(jìn)程或線程都有一個(gè)唯一的優(yōu)先級(jí)值，范圍從最高優(yōu)先級(jí)到最低優(yōu)先級(jí)。系統(tǒng)維護(hù)一個(gè)就緒隊(duì)列，其中包含所有等待執(zhí)行的進(jìn)程或線程。

當(dāng)處理器空閑時(shí)，調(diào)度程序會(huì)從就緒隊(duì)列中選擇具有最高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程或線程。如果具有相同優(yōu)先級(jí)的有多個(gè)進(jìn)程或線程，則調(diào)度程序可以使用額外的規(guī)則（例如先到先服務(wù)）來(lái)確定哪個(gè)進(jìn)程或線程先執(zhí)行。

基本類型

有兩種基本類型的優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法：

*非搶占式優(yōu)先級(jí)調(diào)度：一旦進(jìn)程或線程獲得處理器，它可以一直執(zhí)行，直到它完成或阻塞。其他進(jìn)程或線程，即使它們的優(yōu)先級(jí)更高，也無(wú)法搶占它。

*搶占式優(yōu)先級(jí)調(diào)度：如果一個(gè)具有更高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程或線程變?yōu)榫途w狀態(tài)，它可以搶占當(dāng)前正在執(zhí)行的進(jìn)程或線程，即使它尚未完成或阻塞。

優(yōu)點(diǎn)

優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法有以下優(yōu)點(diǎn)：

*簡(jiǎn)單性：它是一種相對(duì)簡(jiǎn)單的算法，易于理解和實(shí)現(xiàn)。

*可預(yù)測(cè)性：它提供了可預(yù)測(cè)的執(zhí)行行為，因?yàn)榫哂懈邇?yōu)先級(jí)的進(jìn)程或線程將始終先執(zhí)行。

*實(shí)時(shí)性：通過(guò)分配較高的優(yōu)先級(jí)給關(guān)鍵進(jìn)程或線程，可以確保實(shí)時(shí)系統(tǒng)滿足其時(shí)間約束。

缺點(diǎn)

優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法也有一些缺點(diǎn)：

*饑餓問(wèn)題：低優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程或線程可能會(huì)餓死（永遠(yuǎn)無(wú)法執(zhí)行），因?yàn)楦邇?yōu)先級(jí)的進(jìn)程或線程不斷搶占它們。

*優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)：如果一個(gè)低優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程或線程持有高優(yōu)先級(jí)進(jìn)程或線程所需的資源，則高優(yōu)先級(jí)進(jìn)程或線程將被阻止，從而導(dǎo)致優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)。

*死鎖：如果多個(gè)進(jìn)程或線程以循環(huán)方式持有彼此所需的資源，則可能會(huì)發(fā)生死鎖。優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法無(wú)法解決死鎖問(wèn)題。

變體

除了基本類型之外，還有許多優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法的變體。這些變體旨在解決優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法的一些缺點(diǎn)，例如饑餓問(wèn)題和優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)。

一些常見(jiàn)的優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法變體包括：

*優(yōu)先級(jí)天花板協(xié)議：它防止低優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程或線程持有高優(yōu)先級(jí)進(jìn)程或線程所需的資源，從而消除優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)。

*優(yōu)先級(jí)繼承：它允許低優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程或線程暫時(shí)繼承它所持有的資源的最高優(yōu)先級(jí)，從而防止饑餓問(wèn)題。

*動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度：它允許進(jìn)程或線程的優(yōu)先級(jí)根據(jù)其執(zhí)行歷史而動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而適應(yīng)系統(tǒng)負(fù)載的變化。

選擇

選擇合適的優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法取決于實(shí)時(shí)系統(tǒng)的具體要求。對(duì)于強(qiáng)調(diào)可預(yù)測(cè)性和實(shí)時(shí)性的系統(tǒng)，非搶占式優(yōu)先級(jí)調(diào)度可能是合適的。對(duì)于需要響應(yīng)快速變化的環(huán)境的系統(tǒng)，搶占式優(yōu)先級(jí)調(diào)度可能是更好的選擇。第四部分輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法

1.優(yōu)先級(jí)劃分：將進(jìn)程按優(yōu)先級(jí)順序排列，高優(yōu)先級(jí)進(jìn)程先得到調(diào)度。

2.時(shí)間片分配：為每個(gè)進(jìn)程分配一個(gè)時(shí)間片，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程用完其時(shí)間片時(shí)，將被掛起，讓其他進(jìn)程運(yùn)行。

3.輪轉(zhuǎn)調(diào)度：當(dāng)一個(gè)進(jìn)程用完其時(shí)間片后，系統(tǒng)會(huì)將下一個(gè)最高優(yōu)先級(jí)的就緒進(jìn)程調(diào)入運(yùn)行狀態(tài)。

動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法

輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法

輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法是一種非搶占式調(diào)度算法，它為每個(gè)任務(wù)分配一個(gè)時(shí)間片，并以循環(huán)方式輪流執(zhí)行任務(wù)。每個(gè)任務(wù)獲得一個(gè)連續(xù)的時(shí)間片，在此時(shí)間片內(nèi)，它獨(dú)占CPU并不受其他任務(wù)的干擾。當(dāng)一個(gè)任務(wù)的時(shí)間片到期時(shí)，它就會(huì)暫停并放置在隊(duì)列的末尾，而隊(duì)列中下一個(gè)任務(wù)開(kāi)始執(zhí)行。

特點(diǎn)：

*公平性：所有任務(wù)都獲得相同的時(shí)間片，確保每個(gè)任務(wù)都有均等的機(jī)會(huì)執(zhí)行。

*非搶占式：一旦一個(gè)任務(wù)獲得CPU，它就會(huì)獨(dú)占CPU直到其時(shí)間片用完，不受其他任務(wù)的搶占。

*低開(kāi)銷：輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法的開(kāi)銷較低，因?yàn)闆](méi)有搶占和上下文切換，這使得它非常適合在資源受限的嵌入式系統(tǒng)中使用。

工作原理：

1.將任務(wù)組織成一個(gè)就緒隊(duì)列，隊(duì)列中的任務(wù)按優(yōu)先級(jí)或到達(dá)時(shí)間排序。

2.將一個(gè)時(shí)間片分配給隊(duì)列中的第一個(gè)任務(wù)。

3.該任務(wù)執(zhí)行，直到其時(shí)間片用完或阻塞。

4.一旦任務(wù)的時(shí)間片用完或阻塞，它就會(huì)被移到就緒隊(duì)列的末尾。

5.隊(duì)列中的下一個(gè)任務(wù)開(kāi)始執(zhí)行，重復(fù)上述步驟。

參數(shù)：

輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)是時(shí)間片的大小。時(shí)間片的長(zhǎng)度會(huì)影響系統(tǒng)的性能和任務(wù)的響應(yīng)時(shí)間。較短的時(shí)間片會(huì)導(dǎo)致更頻繁的上下文切換，增加開(kāi)銷并降低系統(tǒng)吞吐量。較長(zhǎng)的時(shí)間片可能會(huì)導(dǎo)致低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：

*公平性確保所有任務(wù)都有執(zhí)行的機(jī)會(huì)。

*非搶占式意味著任務(wù)不會(huì)因優(yōu)先級(jí)較高的任務(wù)而被搶占，從而提高了可預(yù)測(cè)性。

*低開(kāi)銷使其適用于資源受限的系統(tǒng)。

缺點(diǎn)：

*響應(yīng)時(shí)間可能不可預(yù)測(cè)，特別是對(duì)于具有不同執(zhí)行時(shí)間的任務(wù)。

*較短的任務(wù)可能被較長(zhǎng)的任務(wù)餓死，導(dǎo)致性能下降。

*無(wú)法適應(yīng)動(dòng)態(tài)工作負(fù)載，因?yàn)闀r(shí)間片長(zhǎng)度是固定的。

應(yīng)用：

輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法適用于以下情況：

*對(duì)公平性和可預(yù)測(cè)性有較高要求的嵌入式系統(tǒng)。

*資源受限的系統(tǒng)，其中上下文切換開(kāi)銷需要最小化。

*任務(wù)執(zhí)行時(shí)間相對(duì)穩(wěn)定的系統(tǒng)。第五部分最早截止時(shí)間優(yōu)先算法最早完成時(shí)間優(yōu)先算法

簡(jiǎn)介

最早完成時(shí)間優(yōu)先（SJF）算法是一種調(diào)度算法，它根據(jù)每個(gè)進(jìn)程預(yù)計(jì)完成的時(shí)間對(duì)其進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序。時(shí)間估計(jì)通?；诿總€(gè)進(jìn)程的過(guò)去歷史或其他啟發(fā)式算法。較短估計(jì)完成時(shí)間的進(jìn)程具有更高的優(yōu)先級(jí)，并將在較長(zhǎng)估計(jì)完成時(shí)間的進(jìn)程之前執(zhí)行。

優(yōu)點(diǎn)

*平均等待時(shí)間短，因?yàn)檫M(jìn)程按完成時(shí)間排序，優(yōu)先執(zhí)行需要較少時(shí)間完成的進(jìn)程。

*適用于交互式系統(tǒng)，例如操作系統(tǒng)的用戶界面，其中快速響應(yīng)時(shí)間至關(guān)重要。

缺點(diǎn)

*如果長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的進(jìn)程到達(dá)，可能會(huì)導(dǎo)致較短進(jìn)程餓死，因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的進(jìn)程始終具有較低的優(yōu)先級(jí)。

*估計(jì)完成的時(shí)間可能不準(zhǔn)確，導(dǎo)致調(diào)度決策不佳。

*先來(lái)先服務(wù)（FCFS）隊(duì)列的變體，它沒(méi)有考慮進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)，只是根據(jù)到達(dá)順序安排進(jìn)程。

實(shí)現(xiàn)

SJF算法通常通過(guò)使用優(yōu)先級(jí)隊(duì)列來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中進(jìn)程按其估計(jì)完成時(shí)間排序。當(dāng)CPU可用時(shí)，隊(duì)列中具有最高優(yōu)先級(jí)（最短估計(jì)完成時(shí)間）的進(jìn)程將被選中執(zhí)行。

變體

加權(quán)最早完成時(shí)間優(yōu)先算法（WSJF）

考慮進(jìn)程優(yōu)先級(jí)和等待時(shí)間的一種變體。它為具有較短估計(jì)完成時(shí)間和較長(zhǎng)等待時(shí)間的進(jìn)程分配更高的優(yōu)先級(jí)。

非搶占式SJF

一旦進(jìn)程開(kāi)始執(zhí)行，它將繼續(xù)運(yùn)行，直到完成，即使有較短估計(jì)完成時(shí)間的進(jìn)程到達(dá)。

搶占式SJF

如果新到達(dá)的進(jìn)程的估計(jì)完成時(shí)間比正在運(yùn)行的進(jìn)程的估計(jì)完成時(shí)間短，則搶占式SJF將中斷正在運(yùn)行的進(jìn)程，以執(zhí)行新到達(dá)的進(jìn)程。

示例

考慮以下進(jìn)程及其估計(jì)完成時(shí)間：

|進(jìn)程|估計(jì)完成時(shí)間|

|||

|P1|5|

|P2|10|

|P3|2|

使用SJF算法，調(diào)度順序?qū)⑷缦拢?/p>

1.P3執(zhí)行

2.P1執(zhí)行

3.P2執(zhí)行

性能指標(biāo)

衡量SJF算法性能的關(guān)鍵指標(biāo)包括：

*平均等待時(shí)間：進(jìn)程從到達(dá)系統(tǒng)到開(kāi)始執(zhí)行所花費(fèi)的平均時(shí)間。

*平均周轉(zhuǎn)時(shí)間：進(jìn)程從到達(dá)系統(tǒng)到完成執(zhí)行所花費(fèi)的平均時(shí)間。

*處理器利用率：CPU被利用的時(shí)間百分比。

適用場(chǎng)景

SJF算法適用于以下場(chǎng)景：

*交互式系統(tǒng)，其中響應(yīng)時(shí)間至關(guān)重要。

*批處理系統(tǒng)，其中進(jìn)程完成時(shí)間可預(yù)測(cè)。

*擁有有限資源的系統(tǒng)，必須優(yōu)先處理快速完成的進(jìn)程。

限制

SJF算法的主要限制是估計(jì)完成時(shí)間可能不準(zhǔn)確，這會(huì)導(dǎo)致調(diào)度決策不佳。它也不適用于具有長(zhǎng)期運(yùn)行進(jìn)程的系統(tǒng)，因?yàn)檫@些進(jìn)程可能導(dǎo)致較短進(jìn)程餓死。第六部分失效恢復(fù)與暫停需求關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)【失效恢復(fù)與暫停需求】：

1.失效恢復(fù)類型：

-永久性失效：系統(tǒng)完全喪失執(zhí)行任何功能，需要重新啟動(dòng)或更換組件。

-暫時(shí)性失效：系統(tǒng)部分功能受損，但可以通過(guò)修復(fù)或冗余組件恢復(fù)功能。

2.恢復(fù)要求：

-暫停恢復(fù)：系統(tǒng)在失效后暫停執(zhí)行，直到修復(fù)或更換組件完成。

-非暫停恢復(fù)：系統(tǒng)在失效后繼續(xù)執(zhí)行，但可能以降低性能或功能為代價(jià)。

3.暫?；謴?fù)機(jī)制：

-預(yù)先定義的恢復(fù)點(diǎn)：在程序執(zhí)行期間預(yù)先設(shè)置恢復(fù)點(diǎn)，以便在失效發(fā)生時(shí)回滾到最近的恢復(fù)點(diǎn)。

-實(shí)時(shí)檢查點(diǎn)：在程序執(zhí)行過(guò)程中動(dòng)態(tài)生成檢查點(diǎn)，以便在失效發(fā)生時(shí)恢復(fù)到最近的檢查點(diǎn)。

【暫停需求】：

失效恢復(fù)與暫停需求

簡(jiǎn)介

實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的程序暫停是一個(gè)至關(guān)重要的調(diào)度策略，它允許系統(tǒng)在處理高優(yōu)先級(jí)事件時(shí)暫停低優(yōu)先級(jí)進(jìn)程，以確保關(guān)鍵任務(wù)的及時(shí)執(zhí)行。在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，失效恢復(fù)和暫停需求對(duì)于保證系統(tǒng)可靠性和性能至關(guān)重要。

失效恢復(fù)

失效恢復(fù)是指在發(fā)生系統(tǒng)故障或錯(cuò)誤時(shí)恢復(fù)系統(tǒng)正常操作的能力。在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，失效恢復(fù)尤為重要，因?yàn)橄到y(tǒng)故障可能會(huì)導(dǎo)致關(guān)鍵任務(wù)無(wú)法按時(shí)完成。因此，實(shí)時(shí)系統(tǒng)必須具有強(qiáng)大的失效恢復(fù)機(jī)制，以確保在發(fā)生故障時(shí)系統(tǒng)能夠快速恢復(fù)正常操作。

暫停需求

暫停需求是指系統(tǒng)暫停正在執(zhí)行的進(jìn)程，以允許高優(yōu)先級(jí)事件的處理。在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，暫停需求非常關(guān)鍵，因?yàn)橄到y(tǒng)必須能夠在發(fā)生高優(yōu)先級(jí)事件時(shí)立即響應(yīng)，而無(wú)需等待低優(yōu)先級(jí)進(jìn)程完成。暫停低優(yōu)先級(jí)進(jìn)程可以釋放系統(tǒng)資源，為高優(yōu)先級(jí)事件的處理提供必要的資源。

失效恢復(fù)與暫停需求之間的關(guān)系

失效恢復(fù)和暫停需求之間存在密切的關(guān)系。在發(fā)生失效時(shí)，系統(tǒng)需要暫停正在執(zhí)行的進(jìn)程，以執(zhí)行失效恢復(fù)程序。同時(shí)，在執(zhí)行失效恢復(fù)程序期間，系統(tǒng)需要暫停所有其他進(jìn)程，以確保失效恢復(fù)程序的順利執(zhí)行。因此，失效恢復(fù)機(jī)制需要與暫停機(jī)制緊密協(xié)作，以確保系統(tǒng)在發(fā)生失效時(shí)的可靠恢復(fù)。

失效恢復(fù)機(jī)制

常見(jiàn)的失效恢復(fù)機(jī)制包括：

*冗余：使用備用組件或系統(tǒng)來(lái)在發(fā)生故障時(shí)提供故障轉(zhuǎn)移。

*檢查點(diǎn)和回滾：定期保存系統(tǒng)狀態(tài)，并在發(fā)生故障時(shí)回滾到最近的檢查點(diǎn)。

*熱備份：實(shí)時(shí)維護(hù)系統(tǒng)副本，并在發(fā)生故障時(shí)快速切換到備份副本。

暫停機(jī)制

常見(jiàn)的暫停機(jī)制包括：

*優(yōu)先級(jí)搶占：允許高優(yōu)先級(jí)事件搶占正在執(zhí)行的低優(yōu)先級(jí)進(jìn)程。

*輪詢：系統(tǒng)定期檢查是否發(fā)生高優(yōu)先級(jí)事件，并暫停正在執(zhí)行的進(jìn)程以處理高優(yōu)先級(jí)事件。

*事件觸發(fā)：當(dāng)發(fā)生特定事件時(shí)觸發(fā)暫停，例如收到中斷或異常。

調(diào)度算法

為滿足失效恢復(fù)和暫停需求，實(shí)時(shí)調(diào)度算法必須考慮以下因素：

*優(yōu)先級(jí)：確保高優(yōu)先級(jí)事件優(yōu)先于低優(yōu)先級(jí)事件。

*延遲：最小化暫停時(shí)間，以避免影響低優(yōu)先級(jí)進(jìn)程的執(zhí)行。

*資源分配：合理分配系統(tǒng)資源，以確保關(guān)鍵任務(wù)的及時(shí)執(zhí)行。

結(jié)論

失效恢復(fù)與暫停需求是實(shí)時(shí)系統(tǒng)中相互關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵要求。通過(guò)實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)氖Щ謴?fù)和暫停機(jī)制，實(shí)時(shí)系統(tǒng)可以確保在發(fā)生故障時(shí)可靠恢復(fù)，并且能夠在發(fā)生高優(yōu)先級(jí)事件時(shí)立即響應(yīng)。通過(guò)仔細(xì)考慮這些需求，實(shí)時(shí)調(diào)度算法可以設(shè)計(jì)為滿足實(shí)時(shí)系統(tǒng)的嚴(yán)格要求。第七部分暫停調(diào)度中的鎖機(jī)制暫停調(diào)度中的鎖機(jī)制

暫停調(diào)度算法中，鎖機(jī)制用于協(xié)調(diào)對(duì)共享資源的訪問(wèn)，防止死鎖和其他競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。暫停調(diào)度算法涉及暫停和恢復(fù)線程，因此，需要一種機(jī)制來(lái)確保線程暫停和恢復(fù)操作的正確執(zhí)行。

讀者-寫(xiě)者鎖

讀者-寫(xiě)者鎖是一種鎖，它允許多個(gè)線程同時(shí)讀取共享資源，但只能允許一個(gè)線程寫(xiě)入共享資源。在暫停調(diào)度算法中，讀者-寫(xiě)者鎖可用于保護(hù)共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，例如線程隊(duì)列和調(diào)度器狀態(tài)。

*讀鎖：允許多個(gè)線程同時(shí)獲得，用于讀取共享資源。

*寫(xiě)鎖：允許一個(gè)線程獨(dú)占獲得，用于寫(xiě)入共享資源。

互斥鎖

互斥鎖是一種鎖，它一次只允許一個(gè)線程訪問(wèn)共享資源。在暫停調(diào)度算法中，互斥鎖可用于保護(hù)關(guān)鍵代碼塊，例如線程的暫停和恢復(fù)操作。

互斥鎖確保了在某一時(shí)間點(diǎn)內(nèi)，只有一個(gè)線程可以執(zhí)行特定代碼。這對(duì)于防止競(jìng)爭(zhēng)條件和死鎖至關(guān)重要。

自旋鎖

自旋鎖是一種鎖，當(dāng)共享資源不可用時(shí)，它會(huì)讓線程在不放棄處理器的的情況下等待。在暫停調(diào)度算法中，自旋鎖可用于優(yōu)化線程暫停和恢復(fù)操作。

與互斥鎖不同，自旋鎖允許線程在等待共享資源時(shí)繼續(xù)執(zhí)行其他任務(wù)。這可以提高性能，特別是當(dāng)共享資源經(jīng)?？捎脮r(shí)。

暫停調(diào)度算法中的鎖機(jī)制的使用

在暫停調(diào)度算法中，鎖機(jī)制用于保護(hù)共享資源，協(xié)調(diào)線程的暫停和恢復(fù)操作。具體的使用方式如下：

*線程隊(duì)列的保護(hù)：線程隊(duì)列用于存儲(chǔ)暫停的線程。讀者-寫(xiě)者鎖用于保護(hù)線程隊(duì)列，以防止多個(gè)線程同時(shí)修改隊(duì)列。

*調(diào)度器狀態(tài)的保護(hù)：調(diào)度器狀態(tài)包含有關(guān)系統(tǒng)中線程狀態(tài)的信息。互斥鎖用于保護(hù)調(diào)度器狀態(tài)，以防止多個(gè)線程同時(shí)更新?tīng)顟B(tài)。

*線程暫停和恢復(fù)操作的保護(hù)：自旋鎖用于優(yōu)化線程暫停和恢復(fù)操作。當(dāng)線程暫?；蚧謴?fù)時(shí)，自旋鎖確保了操作的正確執(zhí)行。

結(jié)論

鎖機(jī)制在暫停調(diào)度算法中至關(guān)重要，它確保了對(duì)共享資源的正確訪問(wèn)，防止死鎖和其他競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。通過(guò)使用讀者-寫(xiě)者鎖、互斥鎖和自旋鎖，暫停調(diào)度算法可以高效地協(xié)調(diào)線程暫停和恢復(fù)操作，提高系統(tǒng)的總體性能和可靠性。第八部分實(shí)時(shí)系統(tǒng)暫停調(diào)度優(yōu)化關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)【暫停調(diào)度延遲優(yōu)化】

1.采用優(yōu)先級(jí)機(jī)制，對(duì)暫停調(diào)度任務(wù)按照優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排序，優(yōu)先執(zhí)行高優(yōu)先級(jí)任務(wù)，減少低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的延遲。

2.利用空閑時(shí)間執(zhí)行暫停調(diào)度任務(wù)，當(dāng)系統(tǒng)處于空閑狀態(tài)時(shí)，主動(dòng)執(zhí)行暫停調(diào)度任務(wù)，避免任務(wù)長(zhǎng)時(shí)間等待。

【暫停調(diào)度可預(yù)測(cè)性優(yōu)化】

實(shí)時(shí)系統(tǒng)暫停調(diào)度優(yōu)化

前言

實(shí)時(shí)系統(tǒng)是對(duì)時(shí)間約束有嚴(yán)格要求的系統(tǒng)。暫停調(diào)度是實(shí)時(shí)系統(tǒng)中一項(xiàng)重要的技術(shù)，它允許程序暫停執(zhí)行，同時(shí)其他任務(wù)繼續(xù)運(yùn)行。為了優(yōu)化實(shí)時(shí)系統(tǒng)的性能，防止程序暫停導(dǎo)致系統(tǒng)不可預(yù)測(cè)的行為，暫停調(diào)度算法至關(guān)重要。

暫停調(diào)度算法

暫停調(diào)度算法決定了當(dāng)一個(gè)程序暫停時(shí)，系統(tǒng)如何選擇繼續(xù)運(yùn)行的下一個(gè)任務(wù)。常見(jiàn)的暫停調(diào)度算法包括：

*先來(lái)先服務(wù)(FIFO)：程序按照它們暫停的順序恢復(fù)執(zhí)行。

*優(yōu)先級(jí)調(diào)度：程序根據(jù)其優(yōu)先級(jí)恢復(fù)執(zhí)行，優(yōu)先級(jí)較高的程序優(yōu)先恢復(fù)。

*最短剩余時(shí)間優(yōu)先(SRTF)：程序根據(jù)其剩余執(zhí)行時(shí)間恢復(fù)執(zhí)行，剩余時(shí)間最短的程序優(yōu)先恢復(fù)。

*最短執(zhí)行時(shí)間優(yōu)先(SSTF)：程序根據(jù)其執(zhí)行時(shí)間恢復(fù)執(zhí)行，執(zhí)行時(shí)間最短的程序優(yōu)先恢復(fù)。

*回合時(shí)間最小化(RM)：程序按照其回合時(shí)間恢復(fù)執(zhí)行，回合時(shí)間最小的程序優(yōu)先恢復(fù)。

優(yōu)化目標(biāo)

暫停調(diào)度算法的優(yōu)化目標(biāo)包括：

*最小化暫停時(shí)間：減少程序暫停執(zhí)行的時(shí)間，提高系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。

*最大化系統(tǒng)吞吐量：增加系統(tǒng)在給定時(shí)間內(nèi)處理任務(wù)的數(shù)量。

*保證實(shí)時(shí)性：確保關(guān)鍵任務(wù)在指定的時(shí)間限制內(nèi)完成，避免超時(shí)。

*公平性：確保所有任務(wù)都得到公平的調(diào)度機(jī)會(huì)，防止低優(yōu)先級(jí)任務(wù)被餓死。

優(yōu)化技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)化目標(biāo)，常見(jiàn)的優(yōu)化技術(shù)有：

*預(yù)搶斷：允許優(yōu)先級(jí)較高的程序搶占正在運(yùn)行的程序，以提高響應(yīng)時(shí)間。

*時(shí)鐘中斷：在定期的時(shí)間間隔中斷正在運(yùn)行的程序，檢查是否需要重新調(diào)度，以確保實(shí)時(shí)性。

*上下文切換優(yōu)化：減少上下文切換的開(kāi)銷，例如使用寄存器存儲(chǔ)上下文，以提高吞吐量。

*自適應(yīng)調(diào)度：動(dòng)態(tài)調(diào)整調(diào)度算法以適應(yīng)系統(tǒng)負(fù)載變化，以提高公平性。

具體的優(yōu)化算法

EarliestDeadlineFirst(EDF)：EDF算法是一種動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法，它為具有最早截止時(shí)間的任務(wù)分配更高的優(yōu)先級(jí)。該算法保證了實(shí)時(shí)任務(wù)能夠在截止時(shí)間之前完成，但也可能導(dǎo)致低優(yōu)先級(jí)任務(wù)被餓死。

LeastLaxityFirst(LLF)：LLF算法是一種基于松弛度的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法，松弛度定義為任務(wù)的截止時(shí)間減去其剩余執(zhí)行時(shí)間。該算法優(yōu)先調(diào)度松弛度最小的任務(wù)，也可以保證實(shí)時(shí)任務(wù)的完成，但同樣也可能導(dǎo)致低優(yōu)先級(jí)任務(wù)被餓死。

RateMonotonic(RM)：RM算法是一種靜態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法，它為具有更高周期的任務(wù)分配更高的優(yōu)先級(jí)。該算法保證了周期性任務(wù)能夠在它們的截止時(shí)間之前完成，但可能無(wú)法保證非周期性任務(wù)的完成。

DeadlineMonotonic(DM)：DM算法是一種靜態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法，它為具有更早截止時(shí)間的任務(wù)分配更高的優(yōu)先級(jí)。該算法也保證了周期性任務(wù)能夠在它們的截止時(shí)間之前完成，可以比RM算法更好地處理非周期性任務(wù)。

選擇合適的算法

選擇最合適的暫停調(diào)度算法取決于實(shí)時(shí)系統(tǒng)的具體要求。對(duì)于需要保證實(shí)時(shí)性的系統(tǒng)，EDF或LLF算法更合適。對(duì)于具有周期性任務(wù)的系統(tǒng)，RM或DM算法更合適。在選擇算法時(shí)，還應(yīng)考慮系統(tǒng)的負(fù)載特性、對(duì)公平性的要求以及上下文切換開(kāi)銷。

結(jié)論

暫停調(diào)度算法對(duì)于優(yōu)化實(shí)時(shí)系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。通過(guò)仔細(xì)選擇和優(yōu)化算法，系統(tǒng)可以最小化暫停時(shí)間，最大化吞吐量，保證實(shí)時(shí)性，并確保公平性。關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)暫停調(diào)度算法的分類

優(yōu)先級(jí)調(diào)度

*關(guān)鍵要點(diǎn)：

*根據(jù)優(yōu)先級(jí)對(duì)程序進(jìn)行調(diào)度。

*優(yōu)先級(jí)高的程序優(yōu)先執(zhí)行。

*避免低優(yōu)先級(jí)程序阻止高優(yōu)先級(jí)程序的執(zhí)行。

時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度

*關(guān)鍵要點(diǎn)：

*為每個(gè)程序分配一個(gè)時(shí)間片。

*程序按順序執(zhí)行，每個(gè)程序執(zhí)行一個(gè)時(shí)間片。

*時(shí)間片到期后，暫停正在執(zhí)行的程序并將其移到隊(duì)尾。

多隊(duì)列調(diào)度

*關(guān)鍵要點(diǎn)：

*建立多個(gè)隊(duì)列，每個(gè)隊(duì)列包含具有不同優(yōu)先級(jí)或特性的程序。

*按照隊(duì)列優(yōu)先級(jí)順序調(diào)度程序。

*確保不同類型程序得到合理的執(zhí)行時(shí)間。

輪詢調(diào)度

*關(guān)鍵要點(diǎn)：

*程序按循環(huán)順序執(zhí)行。

*每個(gè)程序執(zhí)行一個(gè)固定的時(shí)間段，然后移到隊(duì)尾。

*確保所有程序都有相同的機(jī)會(huì)執(zhí)行。

隨機(jī)調(diào)度

*關(guān)鍵要點(diǎn)：

*隨機(jī)選擇要執(zhí)行的程序。

*防止低優(yōu)先級(jí)程序被長(zhǎng)期阻止。

*缺點(diǎn)是可能導(dǎo)致性能下降和不確定性。

自適應(yīng)調(diào)度

*關(guān)鍵要點(diǎn)：

*根據(jù)程序運(yùn)行歷史動(dòng)態(tài)調(diào)整調(diào)度算法。

*優(yōu)化程序性能并提高系統(tǒng)效率。

*缺點(diǎn)是可能導(dǎo)致開(kāi)銷增加和復(fù)雜性提升。關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法

關(guān)鍵要點(diǎn)：

1.根據(jù)每個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)對(duì)任務(wù)進(jìn)行調(diào)度，優(yōu)先級(jí)較高的任務(wù)優(yōu)先執(zhí)行。

2.當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)任務(wù)具有相同的優(yōu)先級(jí)時(shí)，采用先進(jìn)先出（FIFO）或最近最少使用（LRU）等策略進(jìn)行調(diào)度。

3.通過(guò)設(shè)置優(yōu)先級(jí)，可以根據(jù)任務(wù)的緊迫性或重要性對(duì)系統(tǒng)資源進(jìn)行合理分配。

非搶占式優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法

關(guān)鍵要點(diǎn)：

1.一旦一個(gè)任務(wù)開(kāi)始執(zhí)行，它將繼續(xù)運(yùn)行，直到完成或被更高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)搶占。

2.這種算法保證了低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間，但可能會(huì)導(dǎo)致高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的延遲。

3.適合于需要保證實(shí)時(shí)性且對(duì)延遲不敏感的任務(wù)。

搶占式優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法

關(guān)鍵要點(diǎn)：

1.當(dāng)一個(gè)更高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)到達(dá)時(shí)，可以搶占正在執(zhí)行的低優(yōu)先級(jí)任務(wù)。

2.這種算法提供了更好的實(shí)時(shí)性，但可能會(huì)導(dǎo)致低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的饑餓。

3.適合于對(duì)延時(shí)非常敏感的任務(wù)，但需要小心處理任務(wù)之間的優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)。

動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法

關(guān)鍵要點(diǎn)：

1.根據(jù)任務(wù)的運(yùn)行時(shí)間或完成時(shí)間動(dòng)態(tài)調(diào)整任務(wù)的優(yōu)先級(jí)。

2.這種算法可以適應(yīng)系統(tǒng)負(fù)載的變化，從而提高任務(wù)吞吐量和響應(yīng)時(shí)間。

3.需要一個(gè)機(jī)制來(lái)監(jiān)測(cè)任務(wù)的運(yùn)行行為并根據(jù)需要調(diào)整優(yōu)先級(jí)。

自適應(yīng)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法

關(guān)鍵要點(diǎn)：

1.使用機(jī)器學(xué)習(xí)或統(tǒng)計(jì)方法來(lái)學(xué)習(xí)任務(wù)的運(yùn)行模式并調(diào)整優(yōu)先級(jí)。

2.這種算法可以自動(dòng)優(yōu)化任務(wù)調(diào)度，從而提高系統(tǒng)性能和實(shí)時(shí)性。

3.需要一個(gè)強(qiáng)大的預(yù)測(cè)模型和一個(gè)實(shí)時(shí)調(diào)整優(yōu)先級(jí)的機(jī)制。

實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法

關(guān)鍵要點(diǎn)：

1.專門(mén)針對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，保證任務(wù)在指定的截止時(shí)間內(nèi)完