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        一種基于EDF的實時任務(wù)調(diào)度算法淺析

        2018-10-21 11:00:27劉偉
        科學與信息化 2018年32期
        關(guān)鍵詞:實時性

        劉偉

        摘 要 實時系統(tǒng)的高可靠性、計算準確性及輸出結(jié)果的實時性使得其在各領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。而實時調(diào)度算法是實時系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。本文在EDF算法的基礎(chǔ)上提出了一種新的實時調(diào)度算法,該算法通過任務(wù)的可推遲執(zhí)行時間逐次逼近,能夠快速準確的計算出每個任務(wù)的最大可挪用時間。

        關(guān)鍵詞 實時性;實時調(diào)度算法;單調(diào)速率優(yōu)先;最早截止期優(yōu)先;計算時間

        前言

        實時系統(tǒng)是指能夠及時響應(yīng)外部發(fā)生的隨機事件,并在規(guī)定時間內(nèi)完成對事件處理的計算機系統(tǒng)。實時系統(tǒng)具有高可靠性、實時性、少人工干預(yù)、專用性等特征,廣泛應(yīng)用于航天控制、工業(yè)控制、機器人智能控制、云計算、多處理器下多媒體流調(diào)度以及嵌入式智能設(shè)備等各個重要領(lǐng)域。實時系統(tǒng)不僅應(yīng)用廣泛,而且要求嚴格。對實時調(diào)度算法的研究,是實時領(lǐng)域的一個重要的研究課題[1]。

        1 實時調(diào)度算法

        實時調(diào)度算法可以分為兩類:靜態(tài)調(diào)度算法和動態(tài)調(diào)度算法。RM 和 EDF 調(diào)度算法分別是經(jīng)典的靜態(tài)和動態(tài)實時高度算法,在實時調(diào)度領(lǐng)域占有重要地位。EDF調(diào)度算法按照實時任務(wù)截止期的遠近來分配優(yōu)先級,截止期越近的任務(wù)優(yōu)先級越高,任何時刻總是運行優(yōu)先級最高的任務(wù),即總是優(yōu)先運行最緊迫的任務(wù)。因為在不同時刻,兩個周期任務(wù)截止期的遠近關(guān)系可能會改變,所以EDF調(diào)度算法是一種動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法。EDF算法不僅對于硬實時周期任務(wù)調(diào)度,而且對于硬實時非周期任務(wù)的調(diào)度來說都是最優(yōu)的動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法本文在EDF算法的基礎(chǔ)上提出了一種新的實時調(diào)度算法,該算法通過任務(wù)的可推遲執(zhí)行時間逐次逼近,能夠快速準確的計算出每個任務(wù)的最大可挪用時間[2]。

        2 任務(wù)模型

        本文使用以下概念來描述實時系統(tǒng)。

        定義1(超周期,hyperperiod):硬實時周期任務(wù)集中的所有任務(wù)周期的最小公倍數(shù),記為H,H=LCM(T1,T2,…,Tn),其中LCM是最小公倍數(shù)函數(shù)。

        定義2(周期任務(wù)的負載):一個周期任務(wù)平均對處理器的占用率,記為u,u=C/T,C為周期任務(wù)每次的執(zhí)行時間,T為周期任務(wù)的周期,即每次釋放的時間間隔。

        定義3(周期任務(wù)集的負載):系統(tǒng)中周期任務(wù)集中所有周期任務(wù)的負載之和,記為U,U= (n為周期任務(wù)集中的周期任務(wù)數(shù))[3]。

        另外,針對該任務(wù)模型本文還作如下假定:

        (1)系統(tǒng)中有且只有一個處理器;

        (2)系統(tǒng)中任務(wù)之間相互獨立,即除CPU外,它們沒有依賴關(guān)系和共享資源;

        (3)任務(wù)都是可以被剝奪的,任務(wù)切換和調(diào)度的時間為0或可以忽略;

        (4)所有硬實時周期任務(wù)的相對截止期都等于它們的周期,即D=T。

        3 最早截止期優(yōu)先調(diào)度算法的改進

        根據(jù)EDF算法調(diào)度硬實時周期任務(wù)集的可調(diào)度性判定條件,當周期任務(wù)集的負載U等于1時,EDF算法仍然是可調(diào)度的,所以如果單獨把第i個周期任務(wù)的執(zhí)行時間增大(1-u)Ti,使得所有周期任務(wù)的負載之和剛好等于1,這時所有任務(wù)也都可以在截止時刻前完成,顯然如果不增加第i個周期任務(wù)的執(zhí)行時間,那么它至少可以在截止時刻前(1-u)Ti時刻完成,即第i個周期任務(wù)的最大可挪用時間至少為(1-U)Ti。把所有周期任務(wù)按照周期的從小到大排序,使得T1T2……Tn。令⊿P=(1-U)T1,那么所有任務(wù)的最小可延遲時間,即所求的最大可挪用時間P⊿P。然后用⊿P去逼近最大可挪用時間P。如圖1所示,根據(jù)最小周期T,可以把時間劃分為等分的[ti,ti+1]時間段,使得ti=iT1:(i=0,1,…)[4]。

        算法的具體過程如下:

        (1)找出周期任務(wù)集中的周期最小的一個,假定為周期任務(wù)1。令⊿P=(1-u)T1,P=(T1-C1),m=1;

        (2)m=m+1;

        (3)對每一個周期任務(wù)i,計算它的截止時刻,如果,則根據(jù)公式計算該任務(wù)的可延遲時間,求出截止時刻在中的所有任務(wù)的最小可延遲時間Pm。如果Pm

        (4)如果P>m⊿P,轉(zhuǎn)(2)。

        (5)完成。P為最大可挪用時間。

        因為每一個時間段[tm-1,tm]的長度是最小的周期T1,所以截止期在一個時間段中的任務(wù)最多只有n個(n為周期任務(wù)數(shù)),可得在第(3)步中的最多只需要計算n次可延遲時間。令M表示算法結(jié)束時的m,根據(jù)算法的結(jié)束條件可知:其中(1-U1)T1是P的一個上界。所以算法的時間復雜度是。如果周期任務(wù)集的總負載不大于90%,可以保證最多10步就可以算出P[5]。

        4 結(jié)束語

        論文提出了對EDF算法的改進算法。該算法通過任務(wù)的可推遲執(zhí)行時間逐次逼近,能夠快速準確的計算出每個任務(wù)的最大可挪用時間,并證明了該算法的時間復雜度只和周期任務(wù)集的總負載及周期任務(wù)數(shù)有關(guān)。

        參考文獻

        [1] Burns A,Prasad D,Bondavalli A,et al. The meaning and role of value in scheduling flexible real-time systems[J]. Journal of Systems Architecture,2000,46(4):305-325.

        [2] Kim Dong-Sung,Choi Dong-Hyuk,Mohapatra Prasant.Real-time scheduling method for networked discrete control systems[J]. Control Engineering Practice,2009,17(5):564-570.

        [3] 喬穎,王宏安,戴國忠. 一種新的實時多處理器系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)度算法[J].軟件學報,2002,13(1):51-58.

        [4] 何軍,孫玉方.提高軟非周期任務(wù)相應(yīng)性能的調(diào)度算法[J].軟件學報,1998,9(10):721-727.

        [5] 涂剛,陽富明,盧炎生.基于動態(tài)優(yōu)先級策略的最優(yōu)軟非周期任務(wù)調(diào)度算法[J].計算機研究與發(fā)展,2004,41(21):2026-2034.

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