Смешанные алгоритмы планирования.
В ОС общего назначения используются, как правило, смешанные алгоритмы планирования, основанные как на квантовании, так и на приоритетах. Каждому потоку, в этом случае, выделяется квант времени, но его величина и порядок выбора потоков из очереди готовых определяется приоритетами потоков.
Например, в Windows NT приоритеты потоков могут динамически меняться системой в определенном диапазоне относительно заданного значения.
Вопрос 19. Планирование в системах реального времени. §4.2.6.Планирование в системах реального времени.
В системах реального времени планирование имеет особое значение, поскольку время реакции на сигналы управляемого объекта не должно превышать заданное значение. Планирование облегчается тем, что в системах реального времени весь набор выполняемых задач известен заранее, часто также известно времени выполнения задач, моменты активизации и т. д. Эти данные могут быть использованы для создания статического расписания или для построения адекватного алгоритма динамического планирования.
При разработке алгоритмов планирования учитывают, какие последствия возникают при несоблюдении временных ограничений. Если нарушение сроков выполнения задач не допустимо, то система реального времени считается жесткой (система управления ракетой или атомной электростанцией, система обработки цифрового сигнала при воспроизведении оптического диска). Если нарушения временного графика нежелательны, но допустимы, то система реального времени считается мягкой (система продажи билетов).
Внешние события, на которые система должна реагировать, можно разделить на периодические (возникающие через регулярные интервалы времени) и непериодические (возникающие непредсказуемо). Для периодической задачи все будущие моменты запроса можно определить заранее путем прибавления к моменту начального запроса величины, кратной известному периоду. Возможно наличие нескольких периодических потоков событий, которые система должна обрабатывать.
Все периодические задачи могут быть своевременно обработаны однопроцессорной системой только при выполнении условия:
,
где tобр i – время обработки i-го события процессором;
Ti – период возникновения i-го события;
m – число событий.
Системы реального времени, удовлетворяющие этому условию, называются поддающимися планированию или планируемыми. Для таких систем может быть составлено статическое расписание выполнения задач.
В жестких системах реального времени время завершения выполнения каждой из критических задач должно быть гарантировано для всех возможных сценариев работы системы. Это может быть достигнуто следующими путями:
- исчерпывающее тестирование всех возможных сценариев поведения управляемого объекта и управляющих программ;
- построением статического расписания (для планируемых задач);
- выбором математически обоснованного динамического алгоритма планирования.
Выполняемые задачи могут быть зависимыми и независимыми. Для независимых задач планирование производить проще. При большом числе независимых задач проще организовать их многопроцессорную обработку, чем организовывать мультипрограммное выполнение этих задач на одном компьютере, так как при этом значительно возрастает сложность программного обеспечения.
Обычно одновременно выполняющиеся задачи являются зависимыми, поскольку должны обмениваться информацией и получать доступ к общим данным для достижения общей цели системы. Проблема планирования зависимых задач очень сложна, нахождение ее оптимального решения требует больших вычислительных ресурсов, сравнимых с теми, которые требуются для собственно выполнения задач управления. При планировании зависимых задач следует учитывать ограничения на синхронизацию и последовательность выполнения задач, обусловленные взаимными исключениями (запрет выполнения некоторых задач в течение определенных периодов времени).
Классический динамический алгоритм для жестких систем реального времени с одним процессором использует вытесняющую многозадачность и основан на относительных статических (неизменяемых в течение жизни задачи) приоритетах. Суть алгоритма состоит в том, что всем задачам назначаются статические приоритеты в соответствии с величиной их периодов выполнения. Задача с самым коротким периодом получает наивысший приоритет, а задача с наибольшим периодом выполнения получает наименьший приоритет. При соблюдении всех ограничений этот алгоритм гарантирует выполнение временных ограничений для всех задач во всех ситуациях.
Если же периоды повторения задач кратны периоду выполнения самой короткой задачи, то требование к максимальному коэффициенту загрузки процессора смягчается – он может доходить до 1.
Существуют также алгоритмы с динамическим изменением приоритетов, которые назначаются в соответствии с такими текущими параметрами задачи как, например, конечный срок выполнения. При назначении задачи на выполнение в качестве очередной выбирается та задача, у которой текущее значение разницы между конечным сроком выполнения и временем, требуемым для ее непрерывного выполнения, является наименьшим.