系統(tǒng)的正確性不僅取決于計(jì)算的邏輯結(jié)果

1、 Correctness of the system depends not only on the logical result of the computation but also on the time at which the results are produced（系統(tǒng)的正確性不僅取決于計(jì)算的邏輯結(jié)果，而且還（系統(tǒng)的正確性不僅取決于計(jì)算的邏輯結(jié)果，而且還依賴(lài)于產(chǎn)生結(jié)果的時(shí)間）依賴(lài)于產(chǎn)生結(jié)果的時(shí)間） Tasks or processes attempt to control or react to events that take place in the outside worl

2、d（實(shí)時(shí)任務(wù)或進(jìn)程試圖控制外部世界發(fā)生的事件或?qū)Γ▽?shí)時(shí)任務(wù)或進(jìn)程試圖控制外部世界發(fā)生的事件或?qū)@些事件作出的反應(yīng)）這些事件作出的反應(yīng)） These events occur in “real time” and process must be able to keep up with them（這些事件是（這些事件是“實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)”發(fā)生的，進(jìn)程必須能夠跟隨處發(fā)生的，進(jìn)程必須能夠跟隨處理這些事件）理這些事件） Control of laboratory experiments（實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)控制）控制） Process control plants（過(guò)程控制設(shè)備）（過(guò)程控制設(shè)備） Robotics（機(jī)器

3、人）（機(jī)器人） Air traffic control（空中交通管制）（空中交通管制） Telecommunications（遠(yuǎn)程通信）（遠(yuǎn)程通信） Military command and control systems （軍事指揮與控制系統(tǒng)）（軍事指揮與控制系統(tǒng)） 指能及時(shí)響應(yīng)外部事件的請(qǐng)求，在規(guī)定指能及時(shí)響應(yīng)外部事件的請(qǐng)求，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)該事件的處理，并控制的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)該事件的處理，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行的計(jì)算機(jī)所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)。實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，指要求進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的系統(tǒng)。指要求進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的系統(tǒng)。用于生產(chǎn)過(guò)程的控制，實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)

4、，并用于生產(chǎn)過(guò)程的控制，實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)處理對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)處理 。如飛機(jī)的自。如飛機(jī)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，以及導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)等。動(dòng)駕駛系統(tǒng)，以及導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)等。 實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)，指能對(duì)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)指能對(duì)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理的系統(tǒng)。典型的實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)有：飛處理的系統(tǒng)。典型的實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)有：飛機(jī)訂票系統(tǒng)、情報(bào)檢索系統(tǒng)等。機(jī)訂票系統(tǒng)、情報(bào)檢索系統(tǒng)等。 按任務(wù)執(zhí)行時(shí)是否呈現(xiàn)周期性來(lái)劃分按任務(wù)執(zhí)行時(shí)是否呈現(xiàn)周期性來(lái)劃分 periodicperiodic（周期性）實(shí)時(shí)任務(wù)（周期性）實(shí)時(shí)任務(wù) aperiodicaperiodic（非周期性）實(shí)時(shí)任務(wù)，（非周

5、期性）實(shí)時(shí)任務(wù)，必須聯(lián)必須聯(lián)系著一個(gè)截止時(shí)間（系著一個(gè)截止時(shí)間（deadlinedeadline） 根據(jù)對(duì)截止時(shí)間的要求來(lái)劃分根據(jù)對(duì)截止時(shí)間的要求來(lái)劃分 hard real-time task (hard real-time task (硬實(shí)時(shí)任務(wù)硬實(shí)時(shí)任務(wù)) ) ，系統(tǒng)必須滿(mǎn)足任務(wù)對(duì)截止時(shí)間的要求，否則可系統(tǒng)必須滿(mǎn)足任務(wù)對(duì)截止時(shí)間的要求，否則可能出現(xiàn)難以預(yù)測(cè)的結(jié)果。能出現(xiàn)難以預(yù)測(cè)的結(jié)果。soft real-time task (soft real-time task (軟實(shí)時(shí)任務(wù)軟實(shí)時(shí)任務(wù)) ) Deterministic( (確定性確定性) ) Operations are perform

6、ed at fixed, predetermined times or within predetermined time intervals（是指可以按照固定的、預(yù)先確（是指可以按照固定的、預(yù)先確定的時(shí)間或時(shí)間間隔執(zhí)行操作）定的時(shí)間或時(shí)間間隔執(zhí)行操作） Concerned with how long the operating system delays before acknowledging an interrupt（確（確定性關(guān)注的是操作系統(tǒng)獲知有一個(gè)中斷之前有定性關(guān)注的是操作系統(tǒng)獲知有一個(gè)中斷之前有多長(zhǎng)延遲）多長(zhǎng)延遲） Responsiveness( (響應(yīng)性響應(yīng)性) ) How l

7、ong, after acknowledgment, it takes the operating system to service the interrupt（響應(yīng)時(shí)間關(guān)注的是：知道中斷之后，操作系統(tǒng)為中斷提（響應(yīng)時(shí)間關(guān)注的是：知道中斷之后，操作系統(tǒng)為中斷提供的服務(wù)時(shí)間）供的服務(wù)時(shí)間）響應(yīng)性包括：響應(yīng)性包括： Includes amount of time to begin execution of the interrupt（包括處理中斷并開(kāi)始執(zhí)行中斷服務(wù)例程所需（包括處理中斷并開(kāi)始執(zhí)行中斷服務(wù)例程所需時(shí)間總和）時(shí)間總和） Includes the amount of time to p

8、erform the interrupt（包括執(zhí)行中斷服務(wù)例程所需要的時(shí)間總量）（包括執(zhí)行中斷服務(wù)例程所需要的時(shí)間總量） User control User specifies priority（用戶(hù)指定優(yōu)先級(jí)）（用戶(hù)指定優(yōu)先級(jí)） Use of paging or process swapping使用分使用分頁(yè)調(diào)度或是進(jìn)程交換頁(yè)調(diào)度或是進(jìn)程交換 What processes must always reside in main memory（進(jìn)程必須常駐內(nèi)存）（進(jìn)程必須常駐內(nèi)存） Disks algorithms to use（使用磁盤(pán)算法）（使用磁盤(pán)算法） Rights of process

9、es（進(jìn)程具有的權(quán)限）（進(jìn)程具有的權(quán)限） Reliability（可靠性）（可靠性） Degradation of performance may have catastrophic consequences（性能降低可能產(chǎn)生災(zāi)難（性能降低可能產(chǎn)生災(zāi)難性的后果）性的后果） Attempt either to correct the problem or minimize its effects while continuing to run（企圖即能校正問(wèn)（企圖即能校正問(wèn)題或?qū)⒂绊懡档阶钚《^續(xù)運(yùn)行）題或?qū)⒂绊懡档阶钚《^續(xù)運(yùn)行） Most critical（采用臨界區(qū)保證可靠性）（采用臨界區(qū)

10、保證可靠性）, high priority tasks execute（高優(yōu)先級(jí)任務(wù)先執(zhí)行）（高優(yōu)先級(jí)任務(wù)先執(zhí)行） Fast process or thread switch （快速進(jìn)程或線程切換）（快速進(jìn)程或線程切換） Small size（系統(tǒng)?。ㄏ到y(tǒng)小） Ability to respond to external interrupts quickly（快速響應(yīng)外部中斷的能力）（快速響應(yīng)外部中斷的能力） Multitasking with interprocess communication tools such as semaphores, signals, and events （

11、通過(guò)信號(hào)量、信號(hào)和事件之類(lèi)進(jìn)程通信工具，實(shí)現(xiàn)多（通過(guò)信號(hào)量、信號(hào)和事件之類(lèi)進(jìn)程通信工具，實(shí)現(xiàn)多任務(wù)處理）任務(wù)處理） Use of special sequential files that accumulate data at a fast rate（使用特殊的順序文件，可快（使用特殊的順序文件，可快速存儲(chǔ)數(shù)據(jù)）速存儲(chǔ)數(shù)據(jù)） Preemptive scheduling base on priority（基于優(yōu)先級(jí)剝奪式調(diào)度）（基于優(yōu)先級(jí)剝奪式調(diào)度） Minimization of intervals during which interrupts are disabled （最小化禁止中斷的時(shí)

12、間間隔）（最小化禁止中斷的時(shí)間間隔） Delay tasks for fixed amount of time （能使任務(wù)延遲一固定的時(shí)間間隔）（能使任務(wù)延遲一固定的時(shí)間間隔） Special alarms and timeouts （特別的報(bào)警和超時(shí)設(shè)定（特別的報(bào)警和超時(shí)設(shè)定） 當(dāng)實(shí)時(shí)任務(wù)到達(dá)后，可以在時(shí)鐘中斷時(shí)，剝奪當(dāng)實(shí)時(shí)任務(wù)到達(dá)后，可以在時(shí)鐘中斷時(shí)，剝奪正在執(zhí)行的低優(yōu)先級(jí)進(jìn)程的執(zhí)行，調(diào)度執(zhí)行高正在執(zhí)行的低優(yōu)先級(jí)進(jìn)程的執(zhí)行，調(diào)度執(zhí)行高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)優(yōu)先級(jí)的任務(wù) 響應(yīng)時(shí)間較短，一般在響應(yīng)時(shí)間較短，一般在幾十毫秒或幾毫秒幾十毫秒或幾毫秒。 要求操作系統(tǒng)具有快速響應(yīng)外部事件的能力。要求操作系統(tǒng)具有

13、快速響應(yīng)外部事件的能力。一旦出現(xiàn)外部中斷，只要當(dāng)前任務(wù)未處于臨界一旦出現(xiàn)外部中斷，只要當(dāng)前任務(wù)未處于臨界區(qū)，便立即剝奪其執(zhí)行，把處理機(jī)分配給請(qǐng)求區(qū)，便立即剝奪其執(zhí)行，把處理機(jī)分配給請(qǐng)求中斷的緊迫任務(wù)。中斷的緊迫任務(wù)。 調(diào)度時(shí)延可以降至調(diào)度時(shí)延可以降至100100微秒，甚至更低微秒，甚至更低。real-time system hard real-time task, 在其規(guī)定的截止時(shí)間內(nèi)完成在其規(guī)定的截止時(shí)間內(nèi)完成 盡可能使盡可能使soft real-time task也能在規(guī)定的截止時(shí)也能在規(guī)定的截止時(shí)間內(nèi)完成。間內(nèi)完成。 公平性和最短平均響應(yīng)時(shí)間等要求已不再重要。公平性和最短平均響應(yīng)時(shí)間等要

14、求已不再重要。 大多數(shù)現(xiàn)代實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)無(wú)法直接處理任務(wù)的截大多數(shù)現(xiàn)代實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)無(wú)法直接處理任務(wù)的截止時(shí)間，它們只能盡量提高響應(yīng)速度，以盡快地止時(shí)間，它們只能盡量提高響應(yīng)速度，以盡快地調(diào)度任務(wù)。調(diào)度任務(wù)。 Static table-driven Determines at run time when a task begins execution（確定任務(wù)什么時(shí)候開(kāi)始運(yùn)行）（確定任務(wù)什么時(shí)候開(kāi)始運(yùn)行） Static priority-driven preemptive Traditional priority-driven scheduler is used（使用傳統(tǒng)的優(yōu)先級(jí)驅(qū)動(dòng)的剝奪式調(diào)度）

15、（使用傳統(tǒng)的優(yōu)先級(jí)驅(qū)動(dòng)的剝奪式調(diào)度） Dynamic planning-based Dynamic best effort 用于調(diào)度用于調(diào)度周期性實(shí)時(shí)任務(wù)周期性實(shí)時(shí)任務(wù)。 按照任務(wù)周期到達(dá)的時(shí)間、執(zhí)行時(shí)間、完成截按照任務(wù)周期到達(dá)的時(shí)間、執(zhí)行時(shí)間、完成截止時(shí)間（止時(shí)間（ending deadlineending deadline）以及任務(wù)的優(yōu)先）以及任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，級(jí)，制訂調(diào)度表制訂調(diào)度表，調(diào)度實(shí)時(shí)任務(wù)。，調(diào)度實(shí)時(shí)任務(wù)。 最早截止時(shí)間優(yōu)先（最早截止時(shí)間優(yōu)先（EDFEDF）調(diào)度算法即屬于此）調(diào)度算法即屬于此類(lèi)。類(lèi)。 此類(lèi)算法不靈活，任何任務(wù)的調(diào)度申請(qǐng)改動(dòng)都此類(lèi)算法不靈活，任何任務(wù)的調(diào)度申請(qǐng)改動(dòng)都會(huì)引

16、起調(diào)度表的修改。會(huì)引起調(diào)度表的修改。 此類(lèi)算法此類(lèi)算法多用于非實(shí)時(shí)多道程序系統(tǒng)多用于非實(shí)時(shí)多道程序系統(tǒng)。 優(yōu)先級(jí)的確定方法很多，例如在分時(shí)系統(tǒng)中，優(yōu)先級(jí)的確定方法很多，例如在分時(shí)系統(tǒng)中，可以對(duì)可以對(duì)I/O boundI/O bound（I/OI/O限制）和限制）和processor processor boundbound（進(jìn)程限制）的進(jìn)程賦予不同的優(yōu)先級(jí)。（進(jìn)程限制）的進(jìn)程賦予不同的優(yōu)先級(jí)。 實(shí)時(shí)系統(tǒng)中一般根據(jù)對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)中一般根據(jù)對(duì)任務(wù)的限定時(shí)間任務(wù)的限定時(shí)間賦予優(yōu)賦予優(yōu)先級(jí)，例如速度單調(diào)算法（先級(jí)，例如速度單調(diào)算法（RMRM）即是為實(shí)時(shí)任）即是為實(shí)時(shí)任務(wù)賦予靜態(tài)優(yōu)先級(jí)。務(wù)賦予靜態(tài)優(yōu)先級(jí)。

17、當(dāng)實(shí)時(shí)任務(wù)到達(dá)以后，系統(tǒng)為新到達(dá)的任務(wù)和當(dāng)實(shí)時(shí)任務(wù)到達(dá)以后，系統(tǒng)為新到達(dá)的任務(wù)和正在執(zhí)行的任務(wù)正在執(zhí)行的任務(wù)動(dòng)態(tài)創(chuàng)建一張調(diào)度表動(dòng)態(tài)創(chuàng)建一張調(diào)度表。 在當(dāng)前執(zhí)行進(jìn)程不會(huì)錯(cuò)過(guò)其截止時(shí)間的條件下，在當(dāng)前執(zhí)行進(jìn)程不會(huì)錯(cuò)過(guò)其截止時(shí)間的條件下，如果也能使新到達(dá)任務(wù)在截止時(shí)間內(nèi)完成，則如果也能使新到達(dá)任務(wù)在截止時(shí)間內(nèi)完成，則立即調(diào)度執(zhí)行新任務(wù)。立即調(diào)度執(zhí)行新任務(wù)。最大努力調(diào)度算法最大努力調(diào)度算法 實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，廣泛用于實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，廣泛用于非周期性實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度非周期性實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度。 - - 當(dāng)任務(wù)到達(dá)時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)其屬性賦予優(yōu)先當(dāng)任務(wù)到達(dá)時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)其屬性賦予優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)高的先調(diào)度。例如最早截止時(shí)間級(jí)，優(yōu)先級(jí)高的先

18、調(diào)度。例如最早截止時(shí)間優(yōu)先優(yōu)先EDFEDF調(diào)度算法就采用了這種方法。這種算調(diào)度算法就采用了這種方法。這種算法總是法總是盡最大努力盡早調(diào)度緊迫任務(wù)盡最大努力盡早調(diào)度緊迫任務(wù)，因此，因此稱(chēng)為稱(chēng)為“最大努力調(diào)度算法最大努力調(diào)度算法”。缺點(diǎn)在于，當(dāng)任務(wù)完成，或截止時(shí)間到達(dá)時(shí)，缺點(diǎn)在于，當(dāng)任務(wù)完成，或截止時(shí)間到達(dá)時(shí)，很難知道該任務(wù)是否滿(mǎn)足其約束時(shí)間。很難知道該任務(wù)是否滿(mǎn)足其約束時(shí)間。 Information used Ready time（就緒時(shí)間）（就緒時(shí)間） Starting deadline（開(kāi)始的截止時(shí)間）（開(kāi)始的截止時(shí)間） Completion deadline（完成的截止時(shí)間）（完成的截止時(shí)

19、間） Processing time（處理時(shí)間）（處理時(shí)間） Resource requirements（資源需求）（資源需求） Priority（優(yōu)先級(jí)）（優(yōu)先級(jí)） Subtask scheduler：一個(gè)任務(wù)可以分解出一個(gè)任務(wù)可以分解出強(qiáng)制子強(qiáng)制子任務(wù)（任務(wù)（mandatory subtaskmandatory subtask）和和非強(qiáng)制子任務(wù)非強(qiáng)制子任務(wù)(optional subtask)(optional subtask)。只有強(qiáng)制子任務(wù)擁有硬截止。只有強(qiáng)制子任務(wù)擁有硬截止時(shí)間時(shí)間(hard deadline)(hard deadline)。 - Scheduling tasks wi

20、th the earliest deadline minimized the fraction of tasks that miss their deadlines 常用調(diào)度算法常用調(diào)度算法 若指定任務(wù)的若指定任務(wù)的Starting deadlinesStarting deadlines，則，則采用采用NonpreemptionNonpreemption，當(dāng)某任務(wù)的開(kāi)始截，當(dāng)某任務(wù)的開(kāi)始截止時(shí)間到達(dá)時(shí)，正在執(zhí)行的任務(wù)必須執(zhí)止時(shí)間到達(dá)時(shí)，正在執(zhí)行的任務(wù)必須執(zhí)行完其強(qiáng)制部分或臨界區(qū)，釋放行完其強(qiáng)制部分或臨界區(qū)，釋放CPUCPU，調(diào)，調(diào)度開(kāi)始截止時(shí)間到的任務(wù)執(zhí)行度開(kāi)始截止時(shí)間到的任務(wù)執(zhí)行 若指定任務(wù)

21、的若指定任務(wù)的Completion deadlinesCompletion deadlines，則采用則采用PreemptionPreemption 由于此類(lèi)任務(wù)是周期性的、可預(yù)測(cè)的，可采用由于此類(lèi)任務(wù)是周期性的、可預(yù)測(cè)的，可采用靜態(tài)表驅(qū)動(dòng)之最早截止時(shí)間優(yōu)先調(diào)度算法靜態(tài)表驅(qū)動(dòng)之最早截止時(shí)間優(yōu)先調(diào)度算法，使，使系統(tǒng)中的任務(wù)都能按要求完成。系統(tǒng)中的任務(wù)都能按要求完成。例如，例如， 周期性任務(wù)周期性任務(wù)A A和和B B，指定了它們的完成截止時(shí)，指定了它們的完成截止時(shí)間，任務(wù)間，任務(wù)A A每隔每隔2020毫秒完成一次，任務(wù)毫秒完成一次，任務(wù)B B每隔每隔5050毫秒完成一次。任務(wù)毫秒完成一次。任務(wù)A A每次需要執(zhí)行每次需要執(zhí)行1010毫秒，毫秒，任務(wù)任務(wù)B B每次需要執(zhí)行每次需要執(zhí)行2525毫秒毫秒 可以采用可以采用最早截止時(shí)間優(yōu)先調(diào)度算法最早截止時(shí)間優(yōu)先調(diào)度算法或或允許允許CPUCPU空閑的空閑的EDFEDF調(diào)度算法調(diào)度算法。Earliest Deadline with Unforced Idle Earl