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基于实时调度系统的多任务分配算法
基于实时调度系统的多任务分配算法
摘要:随着自动控制技术的发展,实时系统广泛应用于航空、航天、航海等领域,
多处理器调度问题是影响实时系统性能的关键问题,基于任务复制的调度算法是
解决多处理器调度问题较为有效的方法.本文提出了基于动态关键任务(DCT)的
多处理器任务分配算法。DCT算法以克服贪心算法不足为要点,调度过程中动态
计算任务时间参数,准确确定处理器的关键任务,以关键任务为核心优化调度,逐
步改善调度结果,最终取得最优的调度结果.分析和实验证明,DCT算法优于现有
其它同类算法。
关键字:调度长度;任务复制;多处理器系统;任务分配
1绪论
1.1实时系统发展概况
计算机实时系统是计算机应用领域的一个重要分支,随着计算机技术的快速
进步,实时系统的研究也得到了迅猛发展,特别是嵌入式实时系统在航天飞机、
空间站、家电等应用领域发挥着巨大的作用。早期的实时系统功能简单,包括单
板机、单片机,以及简单的嵌入式实时系统等,其调度过程相对简单。随着大型
实时系统发展的需要,早期广泛应用的调度理论己经不能适应复杂应用的要求。
最近这些年来科研机构在实时系统建模、实时系统设计和验证、实时系统调度、
实时通信、实时操作系统等领域做了大量研究工作,并获得许多研究成果,极大
地推动了实时系统的研究和发展。
由于实时系统应用范围的不断扩大,实时应用变得日趋复杂,任务量和数据
量的增加以及计算复杂度的加大使得传统的单机实时系统不能满足现实需要。同
时由于计算机迅猛发展和硬件价格的降低,多处理器系统迅速得到发展。目前,
1
多处理器系统己经在航空、航天、航海、过程控制、军事等领域得到广泛地应用
随着计算机与自动控制技术的发展,实时系统的应用范围在不断地扩大,系统的
复杂性也在不断地提高,因此,对实时调度理论提出了新的要求。到目前为止,很
多调度算法都是针对单机系统提出的,主要包括静态调度算法和动态调度算法。
[1]
典型的静态调度算法有RM调度算法、DM调度算法等 ,而比较有代表性的动态调
度算法有EDF和LST等。
随着实时多处理机系统的大量涌现,学者们开始注重对实时多处理器系统的
调度算法进行研究。虽然,一些实时单处理器系统调度算法被沿用到实时多处理
器系统的调度中,但由于两者调度的对象环境不同,一些在单处理器系统的调度
中性能最优的算法在实时多处理器系统中的效果并不是最优的。因此,这便需要
对多处理器系统的调度算法开展专门的研究。目前,这一方面的研究非常活跃,
1. 实时系统的基本概念
所谓实时系统是指在一个确定的时间内,对外部产生的事件做出响应,并在
确定的时间里完成这种响应,或者是指必须在其运行环境规定的时间范围内响应
环境激励的计算机系统,实时系统不仅要保证逻辑的正确性,而且要在确定的时
间内提供正确的结果。
(l)实时系统的分类
实时系统通常分为硬实时(hardreal-time)系统和软实时(softreal-time)
系统。硬实时系统要求实时调度能够保证任何任务的任何一次运行都必须在规定
的时间范围内结束,否则会发生严重的后果。例如医院特护病房的监控系统、飞
行器
中的自动驾驶仪以及核反应堆中的安全控制系统等。软实时系统则要求实时调度
2
最大限度地满足所有任务的时间要求,如果某些任务偶然超过截止期并不会影响
系统性能,如多媒体系统、信息采集与检索系统等。
(2)实时系统的特点
实时系统具有以下特点:
a)实时系统的任务具有截止期,即实时任务必须在一个确定的时间内完成;
b)实时任务具有结构上的内在联系,它与传统计算机的计算任务不同,后者
相互无关、自成一体地独立计算任务。而一个实时任务可以划分成多个任务执行,
有时多个任务也可以合并成一个任务;
c)任务的活动具有各种要求和时限,如计算时间要求、资源要求、执行次序、
执行时间等限制;
d)实时系统的任务是可预测的,即任务在最坏情况下的执行时间以及所需要
的资源,要求对最坏情况的预测值与实际的差别尽可能的小;
e)实时系统里所有任务,都是外部事件所激发的;
实时系统的任务具有合作性,它们相互关联,共同完成某个控制任务。实
时系统的任务活动具有不可逆性。
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