第三章處理機排程與死鎖--處理機排程
一、處理機排程的基本概念
作業進入系統駐留在外存的後備佇列上，再至調入記憶體執行完畢，可能要經歷下述三級排程。
高階排程（High Scheduling）
又稱作業排程或長程排程(Long-Term Scheduling),接納排程(Admission Scheduling)
主要在早期批處理階段，處理在外存上的作業。
決定外存後備佇列中的哪些作業調入記憶體;
為它們建立程序、分配必要的資源;
將新建立的程序排在就緒佇列上，準備執行。
- 管理的方面比較多。
作業排程決定的細節
在每次執行作業排程時，都須作出兩個決定：
接納多少作業——取決於多道程式度。應根據系統的規模和執行速度等情況綜合考慮。
接納哪些作業——取決於採用的排程演算法。如先來先服務，短作業優先等
*** 系統執行並不一定存在高階排程**
批處理系統：作業進入系統後先駐留外存，故需要有作業排程。
分時系統：為及時響應，作業由終端直接送入記憶體，故不需作業排程。
實時系統中，通常也不需作業排程。
中級排程（Intermediate-Level Scheduling）
又稱交換排程或中程排程（Medium-Term Scheduling）
引入目的：提高記憶體利用率和系統吞吐量。根據條件將一些程序調出或再調入記憶體。
低階排程（Low Level Scheduling）
也稱為程序排程、微觀排程或短程排程（Short-Term Scheduling）
決定記憶體就緒佇列中的哪個程序獲得處理機，進行分配工作。是最基本的一種排程，在三種基本OS中都有。
程序排程方式
1）非搶佔方式（Non-preemptive Mode）
一旦處理機分配給某程序，該程序一直執行。決不允許其他程序搶佔已分配執行程序的處理機。
2）搶佔方式（Preemptive Mode）
允許排程程式根據某種原則，暫停某個正在執行的程序，將處理機重新分配給另一程序
三種排程的頻率和複雜度
程序排程：執行頻率最高，演算法不能太複雜，以免佔用太多的CPU時間。分時系統通常10~100ms便進行一次。
作業排程：一個作業執行完畢退出系統時即觸發重新排程一個新作業入記憶體，週期較長，大約幾分鐘一次。因而也允許作業排程演算法花費較多的時間。
中級排程：執行頻率基本上介於上述兩種排程之間。
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二、常用排程演算法
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三、實時排程
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什麼是實時系統？
1.指系統能夠在限定的響應時間內提供所需水平的服務。
2.指計算的正確性不僅取決於程式的邏輯正確性，也取決於結果產生的時間，如果系統的時間約束條件得不到滿足，將會發生系統出錯。
實現實時排程的基本條件
1）提供必要的資訊
為了實現實時排程，系統應向排程程式提供有關任務的下述資訊：
就緒時間。該任務成為就緒狀態的時間。
開始截止時間、完成截止時間。
處理時間。從開始執行到完成所需時間。
資源要求。任務執行時所需的一組資源。
優先順序。根據任務性質賦予不同優先順序。
2）系統處理能力足夠強
處理能力不足可能會出現某些實時任務不能得到及時處理，導致難以預料的後果。
3）採用搶佔式排程機制
4）具有快速切換機制
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實時排程演算法的分類
根據實時任務的性質
硬實時排程演算法
軟實時排程演算法；
根據排程時間不同
靜態排程演算法
動態排程演算法。
按排程方式
非搶佔排程演算法
搶佔排程演算法；
多處理機環境下
集中式排程
分散式排程
1）非搶佔排程演算法
該演算法較簡單，用於一些小型實時系統或要求不太嚴格的實時系統中，又可分為：
非搶佔式輪轉排程演算法。常用於工業生產的群控系統中，要求不太嚴格。
非搶佔式優先排程演算法。要求相對嚴格，根據任務的優先順序安排等待位置。可用於有一定要求的實時控制系統中。（精心設定可獲得百ms級的響應時間）
2）搶佔式排程演算法
較嚴格的實時系統中（t約為數十ms），選擇採用搶佔式優先權排程演算法。根據搶佔發生時間可分為：
基於時鐘：某高優先順序任務到達後並不立即搶佔，而等下一個時鐘中斷時搶佔。
立即搶佔：一旦出現外部中斷，只要當前任務未處於臨界區，就立即搶佔處理機。
3. 常用的幾種實時排程演算法目前有許多實時排程演算法，在常用的演算法中簡單介紹兩種實時排程演算法：
最早截止時間優先EDF（Earliest Deadline First）演算法
根據任務的開始截止時間來確定任務的優先順序。截止時間越早，其優先順序越高。
系統保持一個實時任務就緒佇列
佇列按各任務截止時間的早晚排序
排程程式總是選擇就緒佇列中的第一個任務，分配處理機使之投入執行。
新任務產生時，是否等當前程式執行完：
搶佔式/非搶佔式
可能會使作業錯過，但可適用於軟實時系統
最低鬆弛度優先LLF（Least Laxity First）演算法
根據任務緊急（或鬆弛）的程度，來確定任務的優先順序。任務的緊急程度越高（鬆弛度值越小），優先順序就越高。
鬆弛度= 截止完成時間 – 還需執行時間 - 當前時間
可理解為當前時刻到開始截止時刻間的差距，隨著時間的推進，這個差值逐漸變小，任務越來越緊迫。
