任务管理及调度.ppt

定期检查任务进度，及时调整 #生活常识# #时间管理建议# #短期任务执行#

备注页 第9讲（2）任务管理和调度 授课教师： 电邮地址： 主要内容 任务调度 优先级反转 3.任务调度 基于优先级的可抢占调度 时间片轮转调度 静态调度 动态调度 静态调度与动态调度之间的比较 任务调度要解决的问题 WHAT：按什么原则分配CPU 任务调度算法 WHEN：何时分配CPU 任务调度的时机 HOW： 如何分配CPU 任务调度过程（任务的上下文切换） 计算机发展初期 通常都要集中在计算机所在的地方，人为地以作业（job）的方式把工作内容一件一件地提交给计算机进行处理，也就不存在调度的概念 随后，出现了计算机的批处理方式 计算机把作业按照先来先服务的方式进行处理，体现了一种非常简单的调度概念 后来出现多道程序处理方式，调度才变得复杂和重要起来 调度用来确定多任务环境下任务执行的顺序和在获得CPU资源后能够执行的时间长度。 操作系统通过一个调度程序来实现调度功能。 调度程序以函数的形式存在，用来实现操作系统的调度算法。 调度程序本身并不是一个任务，是一个函数调用，可在内核的各个部分进行调用。 调用调度程序的具体位置又被称为是一个调度点（scheduling point），调度点通常处于以下位置： 中断服务程序的结束位置； 任务因等待资源而处于等待状态； 任务处于就绪状态时等。 调度本身需要一定的系统开销，需要花费时间来计算下一个可被执行的任务。 竭力使用最优调度方案往往并不是一个明智的办法 高级的调度程序通常具有不可预见性，需要花费更多的时间和资源，并且，其复杂性也增加了应用编程人员的使用难度。 简单是实时内核所强调的主要特点 实用的实时内核在实现时大都采用了简单的调度算法，以确保任务的实时约束特性和可预见性是可以管理的。 复杂的、高级的调度算法则通常用于研究领域 内核的主要职责就是要确保所有的任务都能够满足任务的时间约束特性要求 时间约束特性来源于任务的不同需求（如截止时间、QoS等），且同一个任务在不同时候也可能具有不同的时间约束特性。 比如，机器人中用来控制行动的任务在障碍环境下行走所需要考虑的约束特性就比行走在开放环境下要多得多。 能够同时适应所有情况的调度算法是不存在的。 调度算法研究 从理论上来说，最优调度只有在能够完全获知所有任务在处理、同步和通信方面的需求，以及硬件的处理和时间特性的基础上才能实现。 实际的应用很难实现，特别是需要获知的信息处于动态变化的情况下。 即使在这些需要的信息都是可以预见的情况下，常用的调度问题仍然是一个NP难题。 调度的复杂性将随调度需要考虑的任务和约束特性的数量呈现出指数增长。 调度算法不能很好地适应系统负载和硬件资源不断增长的系统。 当然，这并不意味着调度算法不能解决只有少量、定义好的任务的应用的需求。 设计调度程序时，通常需要综合考虑如下因素： CPU的使用率（CPU utilization） 输入/输出设备的吞吐率 响应时间（responsive time） 公平性 截止时间 这些因素之间具有一定的冲突性。 比如可通过让更多的任务处于就绪状态来提高CPU的使用率，但这显然会降低系统的响应时间。 调度程序的设计需要优先考虑最重要的需求，然后在各种因素之间进行折中处理。 调度算法 是在一个特定时刻用来确定将要运行的任务的一组规则。 从1973年Liu和Layland开始关于实时调度算法的研究工作以来（1973年，Liu和Layland发表了一篇名为“Scheduling Algorithms for Multiprogramming in a Hard Real-Time Environment”的论文），相继出现了很多调度算法和方法。对于调度方法，可以划分为以下三个主要的行为： 脱机配置 运行时调度 先验性分析 脱机配置产生运行时调度所需要的静态信息； 运行时调度在系统运行的时候根据不同的事件在各个计算之间进行切换处理； 先验性分析根据静态配置信息和调度算法在运行时的行为分析确定所有的时间需求是否得到满足。 各种调度算法之间的差异在于它们在上述三种行为之间的侧重点。 先验性分析通过测试来确定调度方法的可行性，比如所有任务在运行时的时间约束特性是否都能得到满足。 对于大量的实时调度方法而言，存在着以下几类主要的划分方法： 离线（off-line）和在线（on-line）调度 抢占（preemptive）和非抢占（non-preemptive）调度 静态（static）和动态（dynamic）调度 最佳（optimal）和试探性（heuristic）调度 离线调度和在线调度：根据获得调度信息的时机。 离线调度： 运行过程中使用的调度信息在系统运行之前就确定了，如时间驱动的调度。 离线调度算法具有确定性，但缺乏灵活性，适用于那些特性能够预先确定，且不容易发生变化的应用。

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