EDF可调度性证明

最早期限优先调度算法（EDF）的特点和实现摘要：最早期限优先调度算法是基于优先级的动态调度方法，是最优的单处理器调度算法，具有灵活性高、能充分利用CPU计算能力的特点。

但是同时也具有调度开销增大、不能确定优先级低的任务截止之间能否得到满足的缺点，从而产生了EDF算法的优化算法NEDF和DPDS，较好的解决了上述问题，平衡了CPU使用率、响应时间、公平性和截止时间的问题。

关键词：任务调度；动态调度；优先级；EDF引言：随着计算机的发展，多道程序处理的出现需要强大的调度算法来对多任务进行调度，以确定多任务环境下任务的执行顺序以及占有CPU时间。

相对于静态、不可抢占的调度方法，EDF的出现使之凭借灵活性高、CPU占有率高很快成为最优的单处理器调度算法。

一、任务调度的基本概念在计算机发展的初期，需要使用计算机时，通常要集中在计算机所在的地方，人为的以作业的方式把工作内容一件一件的交给计算机处理，也就不存在调度的概念。

随后，出现了计算机的批处理方式，计算机把作业按照先来先服务的方式进行处理，体现了一种非常简单的调度概念。

随着多道程序处理方式的出现，调度逐渐变得重要和复杂起来。

在多任务的实时操作系统中，调度是一个非常重要的功能，用来确定多任务环境下任务执行的顺序和获得CPU资源后能够执行的时间长度。

操作系统通过一个调度程序看来实现调度功能，调度程序以函数的形式存在，用来实现操作系统的调度算法。

调度程序是影响系统性能（如吞吐率、延迟时间等）的重要部分。

在设计调度程序时，通常要综合考虑如下因素：CPU的使用率、输入、输出设备的吞吐率、响应时间、公平性和截止时间。

这些因素之间有一定的冲突性，在设计调度程序时需要优先考虑最重要的需求，然后再各种因素之间进行折中处理。

二、调度方法的分类对于大量的实时调度方法来说，主要存在以下几种划分方法：1、离线（off-line）和在线（on-line）调度根据获得调度信息的时机，调度算法可以分为离线调度和在线调度两类。

时限调度算法给出的调度顺序时限调度算法是一种常用的任务调度算法，它主要用于在有限的时间内，合理地安排多个任务的执行顺序，以提高系统的效率和性能。

本文将介绍时限调度算法的基本原理和常见的调度顺序。

一、先来了先服务（FCFS）调度顺序先来了先服务（First-Come-First-Served）调度顺序是最简单的一种调度算法，它按照任务到达的先后顺序进行调度。

当一个任务到达后，系统就立即执行它，直到任务结束或发生阻塞。

这种调度顺序的优点是简单易实现，但缺点是无法根据任务的重要程度和紧急程度进行优先级调度，容易导致低优先级任务长时间等待。

二、最短作业优先（SJF）调度顺序最短作业优先（Shortest-Job-First）调度顺序是根据任务的执行时间长度进行调度的算法。

当多个任务同时到达时，系统会选择执行时间最短的任务先执行。

这种调度顺序的优点是能够最大程度地减少平均等待时间，提高系统的响应速度。

然而，它也存在着一定的缺点，即可能导致长任务的饥饿问题，即长任务可能一直等待短任务执行完毕而得不到执行。

三、优先级调度顺序优先级调度顺序是根据任务的重要程度和紧急程度进行调度的一种算法。

每个任务都有一个优先级，优先级越高的任务越先执行。

这种调度顺序能够根据任务的紧急程度进行调度，保证重要任务得到及时处理。

然而，它也存在着可能导致低优先级任务长时间等待的问题，因此需要合理设置任务的优先级。

四、时间片轮转（RR）调度顺序时间片轮转（Round-Robin）调度顺序是一种基于时间片的调度算法，它将每个任务分配一个固定长度的时间片，当一个任务的时间片用完后，系统会将其放入等待队列，并执行下一个任务。

这种调度顺序能够公平地分配系统资源，避免某个任务长时间占用资源，但也可能导致任务的响应时间较长。

五、最早截止时间优先（EDF）调度顺序最早截止时间优先（Earliest-Deadline-First）调度顺序是根据任务的截止时间进行调度的一种算法。

实验报告实验名称：最早期限优先调度算法（EDF）实验一、实验目的1）了解实时调度，了解最早截止期优先算法（EDF算法）；2）使用C语言实现最早截止期优先算法（EDF算法）；3）计算多个任务的调度顺序。

二、实验原理最早截止期优先算法（EDF），也称为最早死限调度算法（DDS），是一种采用动态调度的优先级调度算法，任务的优先级根据任务的截止时间来确定。

任务的截止时间越近，任务的优先级越高；任务的截止时间越远，任务额优先级越低。

当有新的任务处于就绪状态时，任务的优先级就有可能需要进行调整。

EDF算法的测试如果所有的任务都是周期性的，并且对应的时间限等于它们的周期，对任务集的调度性的测试是非常简单的：如果任务集的总利用率不大于1，那么任务集就可以由EDF算法在一个单处理器上进行合理的调度。

对于那些任务的时间限并不全等于其周期的情况，没有简答的调度性测试。

在这样的情况下，需要使用EDF算法生成一个时间表，来判断是不是在一个给定的时间区间内所有的时间限都被满足。

在这种情况下EDF的一个可调度性测试如下：定义，以及（这里的“lcm”表示最小公倍数）。

定义是任务集T中所有满足其时间限的绝对值小鱼t的任务执行时间之和。

一个由n个任务构成的集合不是可行的EDF的充分必要条件是：或存在某个使得（其中n为任务集中任务的数量；为任务的执行时间；为周期任务的周期；为任务的相对时间限；为在绝对时间不迟于t的任务集合T中，所有重复的任务执行时间和。

）三、实验仪器硬件：PC机；软件：Windows7，Visual Studio 2010集成开发环境四、实验步骤1）理解EDF调度算法的原理并通过实例用EDF算法判断多任务的调度顺序。

2）新建EDF.h 头文件，在其中定义变量，结构体，函数。

3）新建input.c文件，用input函数从键盘获取多个任务的名称、执行时间、周期和释放时间，将任务分成一个个时间片存在数组中，并输出数组和各时间片属性。

实验报告实验名称：最早期限优先调度算法（EDF)实验一、实验目的1）了解实时调度，了解最早截止期优先算法（EDF算法）；2）使用C语言实现最早截止期优先算法(EDF算法)；3）计算多个任务的调度顺序。

二、实验原理最早截止期优先算法(EDF），也称为最早死限调度算法（DDS），是一种采用动态调度的优先级调度算法,任务的优先级根据任务的截止时间来确定。

任务的截止时间越近，任务的优先级越高；任务的截止时间越远,任务额优先级越低.当有新的任务处于就绪状态时，任务的优先级就有可能需要进行调整。

EDF算法的测试如果所有的任务都是周期性的,并且对应的时间限等于它们的周期，对任务集的调度性的测试是非常简单的：如果任务集的总利用率不大于1,那么任务集就可以由EDF算法在一个单处理器上进行合理的调度.对于那些任务的时间限并不全等于其周期的情况，没有简答的调度性测试。

在这样的情况下，需要使用EDF算法生成一个时间表，来判断是不是在一个给定的时间区间内所有的时间限都被满足。

在这种情况下EDF的一个可调度性测试如下:定义,以及（这里的“lcm”表示最小公倍数）.定义是任务集T中所有满足其时间限的绝对值小鱼t的任务执行时间之和。

一个由n个任务构成的集合不是可行的EDF的充分必要条件是：或存在某个使得（其中n为任务集中任务的数量；为任务的执行时间；为周期任务的周期；为任务的相对时间限；为在绝对时间不迟于t的任务集合T中,所有重复的任务执行时间和。

）三、实验仪器硬件:PC机；软件：Windows7，Visual Studio 2010集成开发环境四、实验步骤1）理解EDF调度算法的原理并通过实例用EDF算法判断多任务的调度顺序。

2）新建EDF。

h 头文件，在其中定义变量，结构体，函数.3）新建input。

c文件，用input函数从键盘获取多个任务的名称、执行时间、周期和释放时间，将任务分成一个个时间片存在数组中,并输出数组和各时间片属性。

嵌入式系统设计中的实时任务调度算法嵌入式系统设计是一个复杂而精密的过程，它需要考虑到多个实时任务的调度，以确保系统的可靠性和稳定性。

而实时任务调度算法则是嵌入式系统设计中至关重要的一部分，它决定了任务的执行顺序和时间分配，直接影响系统的性能和响应能力。

一、实时任务和非实时任务的区别在嵌入式系统中，任务可以分为实时任务和非实时任务。

实时任务是指需要在规定的时间内完成的任务，它们对时间的要求更为严格，如控制系统中的实时数据采集和处理；而非实时任务则是指对时间要求相对较低的任务，如统计数据分析等。

二、静态任务调度算法静态任务调度算法一般在系统设计阶段就确定任务的执行顺序和时间分配，并不会进行动态调整。

最简单的静态任务调度算法是固定优先级算法，即根据任务的重要性和紧急程度来确定优先级。

另一个常用的静态任务调度算法是轮询算法，它按照任务的顺序循环执行，每个任务都会得到平等的时间片。

然而，静态任务调度算法并不适用于复杂的实时系统，因为它无法应对不同任务之间的时序关系和优先级变化。

三、动态任务调度算法动态任务调度算法是实时系统设计中更为复杂和高级的调度算法。

它根据任务的状态和环境变化，在运行时动态地调整任务的执行顺序和时间分配。

1. 最早截止时间优先（EDF）最早截止时间优先（Earliest Deadline First，EDF）是一种常用的动态任务调度算法。

它根据任务的最后期限来确定任务的优先级，越接近最后期限的任务优先级越高。

当一个任务的最后期限即将到达时，系统会停止当前任务的执行，切换到优先级更高的任务，以保证任务按时完成。

2. 最短剩余时间优先（SRTF）最短剩余时间优先（Shortest Remaining Time First，SRTF）是一种基于任务执行时间的动态任务调度算法。

它认为执行时间最短的任务具有最高的优先级，这样可以最大程度地减少任务的等待时间和响应时间。

当一个任务的执行时间被打断时，系统会根据剩余执行时间重新调度任务。

．８．韶关学院学报·自然科学２００９年ｉｆ（ｕｎｌｉｋｅｌｙ（ｎｅｘｔ一＞ｐｆｉｏ！＝ｎｅｗ＿ｐｒｉｏ））｛ｄｅｑｕｅｕｅ＿ｔａｓｋ（ｎｅｘｔ，ａｒｒａｙ）；ｎｅｘｔ一＞ｐｆｉｏ＝ｎｅｗ＿ｐｆｉｏ；ｅｎｑｕｅｕｅｔａｓｋ（ｎｅｘｔ，ａｒｒａｙ）；）ｅｌｓｅｒｅｑｕｅｕｅ＿ｔａｓｋ（ｎｅｘｔ，ａｒｒａｙ）；．首先，要在活动数组中的索引位图里找到第一个被设置的优先级位，这里通过ｓｃｈｅｄ＿ｆｉｎｄ＿ｆｉｒｓｔ＿ｂｉｔ函数来实现．如前所述．该函数通过汇编指令从进程优先级由高到低的方向找到第一个为１的位置ｉｄｘ．因为优先级的个数是个定值，所以查找时间恒定，并不受系统到底有多少可执行进程的影响．这是Ｌｉｎｕｘ２．６内核实现Ｏ（１）调度算法的关键之一【２１．此外，Ｌｉｎｕｘ对它支持的每一种体系结构都提供了对应的快速查找算法，以保证对位图的快速查找［３］．很多体系结构提供了ｆｉｎｄ—ｆｉｒｓｔ—ｓｅｔ指令，这条指令对指定的字操作（在Ｉｎｔｅｌｘ８６体系结构上，这条指令叫做ｂｓｆｌ．在ＩＢＭＰＰＣ上。

ｃｎｔｌｚｗ用于此目的）．在这些系统上，找到第一个要设置的位所花的时间至多是执行这条指令的两倍，这也在很大程度上提高了调度算法的效率．ｓｃｈｅｄ＿ｆｉｎｄ＿ｆｉｒｓｔ＿ｂｉｔ函数找到第一个被设置的优先级位后，再找到该优先级对应的可运行进程队列，接着找到该队列中的第一个进程，最后把找到的进程插入运行队列中．整个过程如下图２所示．图２０【１）调度算法找到候选进程的过程图２中的网格为１４０位索引位图，ｑｕｅｕｅ［７］为优先级为７的就绪进程链表．ｉｆ（１ｉｋｅｌｙ（１：Ｉｒｅｖ！＝ｎｅｘｔ））ｆｐｒｅｙ＝ｃｏｎｔｅｘｔ＿ｓｗｉｔｃｈ（ｒｑ，ｐｒｅｙ，ｎｅｘｔ）；）ｅｌｓｅｓｐｉｎ＿ｕｎｌｏｃｋｊｒｑ（＆ｒｑ－＞ｌｏｃｋ）；．如果候选进程不是当前运行进程，则需要进行进程切换．反之，仅仅释放之前对运行队列所加的锁．２．５．２时间片的计算方法与时机Ｌｉｎｕｘ２．４内核在所有就绪进程的时间片都耗完后再在调度器中～次性重算．重算是用ｆｏｒ循环实现的，相当耗时．新的Ｕｎｕｘ调度程序减少了对循环的依赖。

实时调度算法之EDF算法实时调度算法之EDF算法(Earliest Deadline First)是一种常见的实时任务调度算法，其核心思想是根据任务的最早截止时间来进行任务的调度。

EDF算法首先将任务按照截止时间从小到大排序，然后优先调度具有最早截止时间的任务，以保证任务的截止时间得到满足。

EDF算法的主要步骤如下：1.初始化：将所有的实时任务按照截止时间从小到大排序，初始化系统时钟。

2.选择任务：选择具有最早截止时间的任务进行调度。

3.执行任务：执行所选任务，直到完成或者到达截止时间。

4.更新截止时间：如果任务未完成，则将其截止时间向后移动。

5.返回步骤2在EDF算法中，任务截止时间的选择是至关重要的。

如果存在截止时间无法满足的情况，则系统可能出现任务丢失，导致严重的系统错误。

因此，在设计实时任务系统时，需要合理设置任务的截止时间，以保证任务能够按时完成。

EDF算法的优点是能够满足任务的截止时间要求，具有较高的实时性，适用于对任务响应时间要求较高的场景。

另外，EDF算法可以充分利用系统资源，提高系统的利用率。

然而，EDF算法也存在一些限制和挑战。

首先，EDF算法对任务的截止时间要求较高，如果任务的截止时间无法准确设置，可能导致系统性能下降。

其次，EDF算法无法处理任务的优先级，无法保证低优先级任务的执行。

因此，EDF算法主要适用于任务优先级相同，或者任务的截止时间能够准确设置的场景。

在实际应用中，为了提高EDF算法的性能和可靠性，通常会采取一些优化措施。

例如，引入抢占式调度，通过中断等方式中断当前任务的执行，切换到具有更早截止时间的任务上。

此外，还可以根据任务的执行时间和截止时间间隔，动态调整任务的优先级，以提高系统的负载能力和资源利用率。

总之，EDF算法是一种基于最早截止时间的实时任务调度算法，能够保证任务截止时间的满足，具有较高的实时性和性能。

通过合理设置任务的截止时间和采取优化措施，可以进一步提高EDF算法的性能和可靠性。