EDF调度算法的实时性改进

第１ 期
余祖峰等 ：Ｄ Ｅ Ｆ调度算 法的实时性改进
种就是隔离服务法 ＩＭ（ｓｌｉ ｅ ｅ ｔｏ ） ＩＭ 的思路是将实时任务分别分配到几个 同级别服务 Ｓ Ｉ ａ ｏ Ｓｒ ｒ ｈｄ ［ Ｓ ｏ ｔ ｎ ｖ Ｍｅ 引．
级（ ｒｅ）各个 ｓｎ ｒ ｓ ｖｒ， ｅ ｅ ， 按照一定 比例分配 Ｃ Ｕ， ｅ Ｐ 如果某个 ｓ ｖ 上的实时任务 ｏｅ ｕ （ ｅｅ ｒｒ ｖｒ ｎ 超限） Ｊ ｒ 【 继续运行下 ３
』 ２ ３ ６ ９０ ２ ５ ８ 一 ｉ ｌ 丁 １ ４ ７ １ 一 Ｉ ｉ ｌ一
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图 ３ 其它任 务没有空闲时间片情 形
提出的算法 ， 是基于 ＩＭ 方法的改进算法 ． Ｓ 这两种算法主要在于改进 Ｅ Ｆ对空闲时间（ ａ ｍ ） Ｄ ｓ ｃ ｔ ｅ的利用来 ｌｋ ｉ 减小 Ｄ ＭＲ， 该算法不牺牲 ｏｅ ｕ ｖｒ ｎ的任务 ， ｒ 并能够极大减小任务间的“ 多米诺” 效应 ， 较好的减小 Ｄ ＭＲ．
综合来看， 这两种算法主要采用了 ４ 个原则 ：
中 图分 类号 ： ３ ６ ＴＰ １
０ 引言
嵌入式实时操作系统要求计算机能及时响应外部事件的请求 ， 在规定时间内完成对该事件的处理 ， 并控 制所有实时设备和实时任务协调一致地工作． 应用软件方法实现实时控制的途径主要是对任务进程进行调 度［ ． 川 常用的进程调度算法主要有 Ｅ Ｆ Ｅ ｒｅ ｅｄ ｎ ｉ ） Ｄ （ ａｌｓ Ｄ ａｌ ｅ 算法． ｉｔ ｉ Ｆ 该算法虽然有一定的动态适应性， 但存 在一些进程错过截止期的问题 ． 本文通过引进新近提出的 Ｓ Ａ Ｌ Ｄ算法和 Ｂ Ｃ Ｓ Ａ Ｈ算法 ， Ａ Ｋ ＬＳ 分析 了这两种 算法对 Ｅ Ｆ算法 的改进， Ｄ 并通过实测给以证实 ．
０５ ．个时间片， 以当前的优先级运行完成余下工作 ， 然后才运行 丁 、 ３这样 ３ ２Ｔ ． 个任务都没有超过期限．
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去 ， 占用该 ｓ ｖｒ Ｃ Ｕ， 则 ｅ ｅ 的 Ｐ 并顺延该 ｓ ｅ 上的其它实时任务． ｒ ｅ ｒ ｖ ｒ 这种策略不考虑任务间的影响 ， 对减小截止 期错失率 Ｄ ｔ （ｅ ｌｅ ｉ ｔ ） ＭＲ ｄａ ｉ ｓ ｒ ｉ 有一定效果． ］ ｄ ｎ ｍ ｓ ａｏ
２２ ＳＡ１算 法和 Ｂ Ｃ Ｓ Ａ Ｈ 算法 ． Ｉ ） Ａ ＫＬ Ｓ Ｓ Ａ ｓ Ａ ＫＤ ｎｔ ｎ算法和 Ｂ Ｃ Ｓ Ａ Ｈ（Ａ Ｋ Ｓ Ａ ＫＤ ｎｔ ｎ算法［是最近由 Ｌｎ Ｂａｄ Ｌ Ｄ（Ｌ Ｃ ｏ ａｏ ） ｉ Ａ Ｋ Ｌ Ｓ Ｂ Ｃ Ｌ Ｃ ａ ｉ ） ｏ ｏ ５ １ ｉ和 ｒ ｔ ｎ
广西工学 院学报
第 ２ 卷 ｌ
ＳＡ Ｌ Ｄ算法仅仅采用 １２ 、 两个原则 ， Ｂ Ｃ Ｓ Ａ Ｈ算法采用全部 ４ 而 Ａ ＫＬＳ 个原则 ． Ｌ Ｄ和 Ｂ Ｃ Ｓ Ａ Ｈ ＳＡ Ａ ＫＬＳ 算法并不考虑任务问的公平性 ， 在任务超过预算时， 仍然保持优先级运行下去．Ｌ Ｄ算法直到延迟达到下 ＳＡ 个周期的开始（ 意味着已经产生周期丢失） 就降低优先级 ， Ｂ Ｃ Ｓ Ａ Ｈ算法直到延迟超过期限时就降低 而 Ａ Ｋ ＬＳ 优先级 ． 有关 Ｓ Ａ Ｌ Ｄ和 Ｂ Ｃ Ｓ Ａ Ｈ算法的详尽介绍见文献［ ］ Ａ ＫＬＳ ４．
第 ２１ 第 １ １卷 ２ ０年 ３月 期 ０
Ｊｌ Ｏ 瓜ＮＡ ． ＦＧ 西ＧＸ 学 院 学Ｒ Ｉ ＩＯ 广 Ｎ 工 Ｉ ＵＡ ＵＮＩ 报 ＶＥ ＳＴＹＯＦＴ Ｃ ＯＬ Ｇ Ｅ ＨＮ Ｏ Ｙ
Ｖ １２ Ｎ ． ０ ｌ．１ ｏ １
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文章编号
ｉ０ －４ ０（０ ０ １０ ８ ．４ ０４６ １ ２ １ ）０ ．ｏ ２ｏ
②一个任务的作业完成本周期的工作后转入 睡 眠状态 触发新 的调 度 ； ③在调 度 实 施 时是 可 抢 占的 ， ａｔ ｅ 务 在 ｃｉ 任 ｖ
图 ５ 测试算法流程图
中选取一个任务最高级的 ｐｅｍ ｔｒ ｒ ｐｏ， ｅ 作为抢 占任务 ； 如果 ｎｘ ＝ ｐｅｍ ｔｒ则下一次调度时刻设置为 ｎｘ ｅｔ ｒ ｐｏ， ｅ ｅｔ 的 ｒ ｕ ｅ ｔ ｅ￣果 ｎｘ！＝ ｒ ｍ ｔｒ ｅ ｍ — ｉ ；ｆ ｅｔ ｐｅ ｐ ， ｓ ｍ ｌ ｏ 则将 ｎｘ 的 ｒ ｕ — ｉ ｅ ｐｅ ｐｏ 的 ｒ Ｈｌ— ｉｅ ｅｔ ｅ ｍｅ ｔ 和 ｒ ｍ ｔ ｓ ｍ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ 中的最小 ｓ ｅ ｍ 值作为下一次调度时刻． 作业调度时刻到来时的作业调度的具体步骤为：
图 ４ 从下一个周期借入 的情 形
（） ｓ ｃ ｍ 分配给已经借 出时间给过去周期任务 ４将 ｌ ｋｔ ｅ ａ ｉ 这是对第 ３ 条原则的一个补充 ． 如果一个任务 曾经将本周期的时间片借给以前的周期 ， 则本周期剩下的 预算时间极可能不够用 ； 以， 所 也会得到其它任务的空闲时间或者再从后面的周期借入 ．
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剩余时间片 ｝ ｌ
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图 １ 传 统 Ｅ Ｆ任务运行超预算处理 Ｄ
图 ２ 剩余 时Baidu Nhomakorabea片及 时分配
务超出了自己的执行时间 ， 工作没有结束 ， 则将保持当前 的高优先级继续执行下去 ， 这样就会顺延本来已经 安排的后续任务 ， 形成“ 多米诺” 效应 ， 造成多个任务超出截止 时间【 在实际情况 中会 出现不能解决过载问 ３， ３ Ｊ
题的情况 ， 并且发 生过载时， 导致 Ｃ Ｕ时间大量花费在调度上 ， Ｐ 性能退化很快， 不能满足系统的实 时性要 求 ［Ｉ ４．
预算 的 Ｔ ， Ｔ 将不会超期 ， 】则 ｌ 如图 ２ 所示．
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（） １ 最快可能将 ｓ ｃ ｍ 分配给实时任务 ， ｌ ｋｔ ｅ ａ ｉ 并对被分配的实时任务赋予贡献 ｓ ｃ ｍ 的优先级． ｌ ｋｔ ｅ ａ ｉ 如图 １ 所示 ， 任务 丁 的 Ｅ＝２ Ｄ＝５ Ｐ＝ ； 】 ， ， ６ 任务 Ｔ 的 Ｅ＝２ Ｄ＝６ Ｐ＝７ 任务 的 Ｅ＝２ Ｄ：７ ２ ， ， ； ， ， Ｐ＝８这 里 ， 为 任务被 分配 的时 间片 ， 为 截止 时刻 ， ． Ｅ Ｄ Ｐ为 任务 的下 一周 期启 动时刻 ． 在传 统 Ｅ ＤＦ中 ， 果 如
（） ｓｃ ｍ 分配给剩下的优先级最高的任务 ． ２将 ｌ ｋｔ ｅ ａ ｉ 这是针对第 １ 条原则的补充 ， 如图 ２ 所示 ， 如果有多个任务在等待 ， 剩余的时间片应该分配给优先级最 高的任务 ， ２中优先级最高的任务为 丁 ． 图 １ （） ３允许任务从 自己的下一个周期 中借入时间． 如图 ３ 所示 ， 任务 丁 的 Ｅ＝ ， ５ Ｐ＝６任务 的 Ｅ＝２ Ｄ＝６ Ｐ＝７ 任务 的 Ｅ＝２ Ｄ＝７ １ ２ Ｄ＝ ， ； ， ， ； ， ， Ｐ＝８任务 丁 超过预算 ０ ５ ． 】 ． 个时间片， 但是 、 都没有 留出额外的空闲， 此时 Ｔ 的剩余部分被推迟到 １ 时刻 ６ 开始执行 ， 已经超期． 这时采用 向下一个周期借人的策略 ， 如图 ４所示 ， 任务 丁 向下一个周期借人 １
Ｓ Ａ Ｈ算 法来 改善 Ｅ Ｆ调度算 法的实时性 ． ＬＳ Ｄ 对过载情况下 的截止期错失率 Ｄ ＭＲ的测试 ， 结果表 明其实时性确 有所
改进 ．
关
键
词： 实时调度算法 ； Ｄ Ｅ Ｆ算法 ； Ｌ Ｄ 算法 ；Ａ Ｋ Ｌ Ｓ ＳＡ Ｂ Ｃ Ｓ Ａ Ｈ算法 ； 截止期错失率
文 献 标 志码 ： Ａ
丁 在规定的 ２ １ 个时间片内没有完成本周期的工作 ， 如图 １ 还需 ０ ５ ． 个时间片． 剩下的部分将会被挂起 ， 虽然
丁 提前 ０５ ２ ． 个时间片完成任务， 但是这个空余 的时间并没有用来执行挂起的 Ｔ ， 。而是按照既定顺序提前执 行 ． 最后导致 丁 在本周期超过期限 ． １ 其实在 执行完毕的那一刻 ， 将剩余 的 ０ ５ ． 个时间片分配给超过
３ 对 ＳＡ Ｌ Ｄ算法和 Ｂ Ｃ Ｓ Ａ Ｈ算法进行测试 ＡＫＬＳ
在针对 Ｓ Ａ Ｌ Ｄ算法 和 Ｂ Ｃ Ｓ Ａ Ｈ算 法的 Ａ ＫＬ Ｓ 设计测试环节中， 采用周期定时器用来模拟硬件
时钟， 用 ｏ ｅ ｈ ｔ 采 ｎ－ ｏ 定时 器模拟 实 时任务 的运 ｓ 行 ． 期定 时器在 任务 的执行周期 到来 时刻 ６周 （ ＳＡ 对 Ｌ Ｄ算法） 与截止时间到来时刻 （ Ｂ Ｃ — 对 Ａ Ｋ Ｓ Ｈ算法） Ｉ ＡＳ 更新任务的优先级 ， 触发调度器 ． 设 计用 Ｃ语言程序构建一个结构体变量 ， 应用 ａ ｃ ． ｔ ｅ ｉ ｃｖ 两个队列的结构送入任务给调度 ｉ 和 ｎ ｔｅ ｖ ａｉ 器， 触发 调度 ［－］ ７８． Ｓ Ｄ算法优先级计算公式是 ：
１ Ｅ Ｆ调度算 法及其不足 Ｄ
Ｅ Ｆ Ｄ 算法是动态调度算法 ， 根据任务的绝对 时限来确定优先级 ． 任务调度优先级定义为 ： ｔ 一ｔ其 ｄ（） ， 中 ｄ （） ￡是任务时限， 是当前时间， ｔ 两者的差值就表示任务 的紧迫程度 ． 任务 的绝对时限越早 ， 任务的优先
级也就越高 ， 优先级最低的进程是距离最后期限最远的进程． 这种调度优先级定义方式 ， 表明在每个时刻 ， 都 要计算下个时刻系统中哪个任务的时限最小， 从而决定 了系统在下个时刻应该调度哪个任务 ． 系统下个时刻 调度任务的不确定性 ， 使得系统的适应性 比较好 ． 此类算法根据任务的资源需求动态地分配任务的优先级 ， 目的就 是在 资源分 配和调 度 时有 更 大的灵 活性 【 ２． ２ Ｊ Ｅ Ｆ的缺点在于， Ｄ 如果一个实时任务在分配的执行时间之前完成本周期内的工作 ， 则在这个空闲时间 内其它实时任务也不能运行，Ｐ Ｃ Ｕ将处于相对空闲状态（ 可能执行非实时任务， 可能空 闲）如果一个实时任 ；
ｖａ ｌ ｅ ｔ ｊ ｅｄ ｉ ＝Ｌ ×Ｐ＋ｄ ｎ （） ３
Ｂ Ｃ Ｓ．Ｓ Ａ Ｋ Ｉ Ｈ算法优先级计算公式是 ： Ａ
￣ ｗｌ ｅ （ 一ｔ ／ Ｊ ｌ ｎ ＝Ｌ ｄ ｉ ）ｐ ｐ ｘ （） ４
算 法描 述如下 ：
①当任务调度时刻来时， 促发任务调度器根
据相 应 的流程 对任 务进行 调度 ；
Ｅ Ｆ调度算法 的实时性 改进 Ｄ
余祖峰 蔡启先ｂ 刘 明 ， ，
（ 广西工 学院 ａ电子信息与控制工 程系 ； ． ． ｂ计算机工程系 ， 广西 柳州 摘 ５５０ ） ４０６
要 ： 实时调 度算法 中 ， 在 常用 的 Ｅ Ｆ调度算 法是 非抢 占式 的， Ｄ 针对 这个 问题 ， 究应用 Ｓ Ａ 算法 和 Ｉ Ｃ ． 研 ＬＤ ￣ Ｋ Ａ
２ ＩＭ 改进算 法 Ｓ
２ １ ＩＭ 思路 ． Ｓ
针对 Ｄ Ｆ调度算法 出现的问题 ， Ｅ 在后来的关于此项算法的研究 中出现了许多不 同的改进思路 ， 其中一
收稿 臼期 ：０ ０—０ 一ｌ ２１ １ ３ 基金项 目： 广西教育厅科技项 目（０ ７ ８ Ｘ１３ 资助 ． ２０ ０ Ｌ ８ ） 通信作者 ： 蔡启先， 研究方 向： 计算机系统结构研究 ， — ｉ ｅｘ ｘ ６ ． ｍ Ｅ ｍａ ： ． ＠１ ３ ｏ ｌｑ ｇ ｏ