Многопроцессорное планирование и планирование реального времени

562  ГЛАВА 10. МНОГОПРОЦЕССОРНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ И ПЛАНИРОВАНИЕ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

 Планирование с предельными сроками

 Большинство современных операционных систем реального времени разработаны таким образом, чтобы задания реального времени начинали работу как можно быстрее, а следовательно, особое внимание уделяют вопросам быстрой обработки прерываний и диспетчеризации заданий. На самом деле это не очень практичный критерий оценки операционной системы реального времени. Обычно приложения реального времени не так интересует абсолютная скорость выполнения заданий, как их своевременное завер­шение (или начало) - не слишком рано и не слишком поздно, несмотря на любые тре­бования к ресурсам и могущие возникать конфликты, перегрузку процессора или аппа­ратные либо программные сбои. Отсюда следует, что система приоритетов - довольно слабый инструмент, который не может обеспечить гарантированное выполнение заданий в необходимые сроки.

Имеется ряд интересных подходов к планированию, более мощных и лучше приспо­собленных для работы с заданиями реального времени. Все они основаны на дополни­тельной информации о заданиях, которая может включать следующее.

• Время готовности. Время, когда задание становится доступным для выполнения. В повторяющемся или периодическом задании время готовности представляет со­бой последовательность заранее известных времен. В непериодическом задании это время может быть известно заранее, но может быть и так, что операционная система узнает его только в тот момент, когда задание станет действительно гото­вым к выполнению.

• Предельное время начала выполнения. Время, когда должно начаться выполне­ние задания.

 • Предельное время завершения выполнения. Время, когда задание должно быть полностью завершено. Обычно задания реального времени имеют ограничение -либо по предельному времени начала выполнения, либо по предельному времени завершения выполнения, но не оба ограничения одновременно.

• Время выполнения. Время, необходимое заданию для полного выполнения. В некоторых случаях это время известно, а в некоторых система сама оценивает взвешенное среднее значение. В других системах планирования эта величина не используется.

 • Требования к ресурсам. Множество ресурсов (отличных от процессора), требую­щихся заданию при его выполнении.

• Приоритет. Мера относительной важности задания. Жесткие задания реального времени имеют "абсолютный" приоритет, приводя к сбою системы при нарушении временных ограничений этих заданий. Если система продолжает работу несмотря ни на что, то как жесткие, так и мягкие задания получают относительные приори­теты, использующиеся в качестве указаний планировщику.

• Структура подзадач. Задача может быть разбита на обязательные и необязатель­ные подзадачи. Жесткие предельные сроки при таком разделении имеют только обязательные подзадачи.

Можно показать, что для заданной стратегии вытеснения и использования либо предельного времени начала выполнения, либо предельного времени завершения при-10.2. ПЛАНИРОВАНИЕ РЕАЛЬНОГО В РЕМ ЕНИ 563 менение планирования, выбирающего для выполнения задание с наиболее ранним пре­дельным временем, минимизирует долю заданий с нарушенными временными ограниче­ниями [33].

 Это заключение справедливо как для однопроцессорной, так и для многопроцессор­ной конфигураций. Еще одним критическим вопросом является вытеснение. Если опре­деляется предельное время начала работы, то имеет смысл применение невытесняющего планирования. В этом случае желательно, чтобы задания реального времени после за­вершения обязательной или критической части самостоятельно блокировались, позво­ляя выполняться другим заданиям реального времени с предельным временем начала работы (см . рис. 10.4, б). Для системы с предельным временем завершения более под­ходит вытесняющая стратегия (рис. 10.4, в, г). Например, если выполняется задание Х, а задание У находится в состоянии готовности, то может возникнуть ситуация, когда единственным способом удовлетворения ограничений обоих заданий будет вытеснение Х, выполнение У до завершения и возобновление выполнения Х.