实时系统的进程调度策略

教学重点
6.3.1 进程调度的功能
6.3.1 进程调度的功能
进程调度的功能 根据一定的调度策略或指标遍历所有的就绪进程， 从中选择一个最合适的进程。 选择该进程的过程实际是用户按特定指标对所有进 程进行排队的过程。
6.3.2 进程调度的时机
6.3.2 进程调度的时机
1．时钟中断 时钟中断是最频繁且周期性地引发进程调度的事件之一。
作业
大小 进入时刻 开始时刻 结束时刻
周转 时间
带权周 转时间
平均周 转时间
平均带权周 转时间
A 20
0
0
20
20 1.00
B 40
10
50
90
80 2.00
C 30
15
20
50
35 1.17 43.75
2.04
D 10
60
90
100
40 4.00
6.4.3 响应比高者优先调度算法
6.4.3 响应比高者优先调度算法
6.3.3 进程调度的方式
进程调度的方式
非抢占方式又称非剥夺式调度
它是指进程调度程序一旦把CPU分配给某进程后，该进程 可以一直运行下去，在它的时间片用完之前，或任务完成 之前，或因为I/O请求被阻塞之前，决不允许其他进程抢走 它的CPU。
抢占方式又称剥夺式调度
抢占方式允许进程调度程序根据某种策略终止当前正在运 行的进程，将其移入就绪队列，再根据某种调度算法选择 另一个进程投入运行。
6.4.1 先来先服务调度算法
先来先服务（First Come First Service，FCFS）
例子：假设系统中有4个作业先后投入，它们的作业 大小和进入时间如表（作业大小和时间单位分钟）

1．操作系统的主要功能是处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理和用户接口管理。

2.进程由程序、相关的数据段、PCB（或进程控制块）组成。

3、对于分时系统和实时系统，从可靠性上看实时系统更强；若从交互性来看分时系统更强。

4、产生死锁的原因主要是竞争资源和进程间推进次序非法。

5、一台计算机有10台磁带机被m个进程竞争，每个进程最多需要三台磁带机，那么m为 4 时，系统没有死锁的危险。

6、实现SPOOL系统时必须在磁盘上辟出称为输入井和输出井的专门区域，以存放作业信息和作业执行结果。

7、虚拟存储器具有的主要特征为多次性、对换性和虚拟性。

8、按用途可以把文件分为系统文件、用户文件和库文件三类。

9、为文件分配外存空间时，常用的分配方法有连续分配、链接分配、索引分配三类10、操作系统的主要设计目标是方便性和有效性11、进程的特征为：动态性、独立性、并发性和异步性。

12、进程运行满一个时间片后让出中央处理器，它的状态应变为就绪状态。

13、进程间的高级通信机制分为共享存储器系统、消息传递系统和管道通信系统三类。

14、处理机调度包括高级调度、低级调度（或进程调度，或短程调度）、中级调度（或中程调度）15、处理死锁的方法有预防死锁、避免死锁、检测死锁和解除死锁四种。

16、在存储器管理中，页面是信息的物理单位，分段是信息的逻辑单位。

页面的大小由机器硬件确定，分段大小由用户程序确定。

17、按设备的共享属性可将设备分成独占设备、共享设备和虚拟设备18、文件的逻辑结构可分为有结构文件（或记录式文件）和无结构文件（或流式文件二类19、操作系统与用户的接口通常分为命令接口、程序接口和图形接口这三种主要类型。

、20、当一个进程完成了特定的任务后，系统收回这个进程所占的资源和取消该进程的PCB（或进程控制块）就撤消了该进程。

21、现有二道作业，一道单纯计算15分钟，另一道先计算4分钟，再打印12分钟。

在单道程序系统中，二道作业的执行总时间至少为31分钟；而在多道程序系统中，二道作业的执行总时间至少为19分钟。

操作系统rr算法1.引言1.1 概述操作系统中的调度算法是为了合理地分配和利用计算机资源，提高系统的性能和效率。

RR（Round Robin）算法是一种常见的调度算法之一，它采用了轮转的方式，将每个任务平均分配CPU时间片，按照先来先服务的原则进行调度。

RR算法的特点是简单且公平，适用于多任务环境下。

它通过设定一个固定的时间片，当任务执行的时间小于时间片时，任务会主动释放CPU 资源，然后将CPU分配给下一个任务，这样就实现了多任务之间的轮转执行。

由于每个任务都能够获得相同的CPU时间片，所以各个任务的响应时间相对均衡，避免了某个任务长时间占用CPU而导致其他任务的无响应情况。

RR算法在实际应用中也有一些限制。

首先，任务的运行时间会对系统性能产生影响，如果任务运行时间远大于时间片的长度，会造成较大的切换开销。

其次，RR算法无法适应某些特殊任务的需求，例如实时任务或对响应时间要求较高的任务。

总的来说，RR算法在实际应用中具有一定的优势和不足。

我们需要根据具体的应用场景和任务特点来选择合适的调度算法，以达到更好的系统性能和任务响应时间。

在接下来的部分中，我们将详细介绍RR算法的原理与应用，以及它所具有的优缺点。

1.2文章结构文章结构部分主要介绍了本文的章节组织和内容安排。

本文分为引言、正文和结论三个部分。

引言部分主要介绍了文章的开篇，包括概述、文章结构和目的。

在概述中，将简要介绍操作系统RR算法的背景和意义。

在文章结构中，可以明确指出本文将从RR算法的原理和应用两个方面进行介绍。

在目的中，可以说明本文的目的是为读者提供对RR算法的全面了解和应用指导。

正文部分主要包括RR算法的原理和应用。

在2.1节中，将详细阐述RR算法的原理，包括时间片轮转和进程调度的过程。

在2.2节中，将介绍RR算法的具体应用场景，如多任务处理、服务器负载均衡等，并针对每个应用场景进行详细的说明和分析。

结论部分主要总结和评价RR算法的优势和不足。

线程继承进程调度策略概述说明以及解释1. 引言1.1 概述本文旨在探讨线程继承进程调度策略的概念和作用。

线程和进程是操作系统中的重要概念，线程是进程中的执行单元，而进程则代表了程序在操作系统中的一个运行实例。

进程调度策略决定了操作系统如何分配有限的处理器资源给各个进程和线程，以实现高效的任务完成。

1.2 文章结构本文分为五个主要部分：引言、线程继承进程调度策略、解释线程继承进程调度策略的作用、实际示例及案例分析、结论。

在引言部分，我们将对文章进行整体概述，并明确目标和文章结构。

1.3 目的本文目的在于介绍和解释线程继承进程调度策略的重要性和优势。

首先，我们将阐明线程和进程的基本概念，并探讨进程调度策略在多任务环境下起到的关键作用。

接着，我们将详细介绍线程继承进程调度策略的基本原理，并说明其对系统性能和任务响应速度等方面产生积极影响。

随后，我们将以实际示例和案例分析的方式，揭示线程继承进程调度策略在网络服务器设计和操作系统多线程编程模型选择等方面的应用与效果。

最后，我们将总结线程继承进程调度策略的重要性和优点，并提出未来发展方向和潜在改进措施。

通过本文的阐述与论证，读者将能够全面了解线程继承进程调度策略的概念、作用与意义，以及其在实际应用中所带来的优势与挑战。

此外，读者还能够对该策略的未来发展趋势有所预测，并有可能找到改进现有系统中线程调度问题的切实方法。

以上是“1. 引言”部分的内容介绍，后续部分会依次展开阐述。

2. 线程继承进程调度策略：2.1 线程和进程的概念：在操作系统中，线程是程序执行的最小单位，代表着一个独立的执行路径。

每个进程可以包含多个线程，这些线程共享同一个地址空间和资源，并且能够并发执行不同的任务。

而进程则是指运行中的程序实例，具有独立的内存空间和资源。

2.2 进程调度策略的意义：在多任务环境下，操作系统需要合理地管理和调度各种进程和线程以确保系统资源的高效利用和任务的正常执行。

《操作系统》专业课练习题一、选择题1.操作系统是一种A.通用软件B.系统软件C.应用软件D.软件包[解析]系统软件包括操作系统、数据库管理系统、语言处理程序、服务性程序、标准库程序等。

2.批处理系统的主要缺点是A.系统吞吐量小B.CPU利用率不高C.资源利用率低D.无交互能力[解析]批处理系统中，作业执行时用户无法干预其运行，只能通过事先编制作业控制说明书来间接干预，缺少交互能力，也因此才有了分时系统的出现。

3.实时操作系统必须在（）内处理来自外部的事件。

A.一个机器周期B.被控制对象规定时间C.周转时间D.时间片[解析]实时系统要求能实时处理外部事件，即在规定的时间内完成对外部事件的处理。

4.下列选项中，在用户态执行的是A.命令解释程序B.缺页处理程序C.进程调度程序D.时钟中断处理程序[解析]缺页处理和时钟中断都属于中断，在核心态执行；进程调度是操作系统内核进程，无需用户干预，在核心态执行；命令解释程序属于命令接口，是四个选项中唯一能面对用户的，它在用户态执行。

5.实时系统的进程调度，通常采用（）算法。

A.先来先服务B.时间片轮转C.抢占式的优先级高者优先D.高响应比优先[解析]实时系统必须能够足够及时的处理某些紧急的外部事件，故普遍用高优先级，并且用“可抢占”来确保实时处理。

6.当CPU处于管态时，它可以执行的指令是A.计算机系统中的全部指令B.仅限于非特权指令C.仅限于访管指令D.仅限于特权指令7.一个作业8：00到达系统，估计运行时间为1h，若10:00开始执行该作业，其响应比是A.2B.1C.3D.0.5[解析]响应比=响应时间/要求服务时间=（等待时间+要求服务时间）/要求服务时间=（2+1）/1=3。

8.进程与程序的根本区别是A.静态和动态的特点B.是不是被调入到内存中C.是不是具有就绪、运行和等待三种状态D.是不是占有处理器[解析]动态性是进程最重要的特性，以此来区分文件形式的静态的程序。

操作系统常⽤调度算法在操作系统中存在多种调度算法，其中有的调度算法适⽤于作业调度，有的调度算法适⽤于进程调度，有的调度算法两者都适⽤。

下⾯介绍⼏种常⽤的调度算法。

先来先服务(FCFS)调度算法FCFS调度算法是⼀种最简单的调度算法，该调度算法既可以⽤于作业调度也可以⽤于进程调度。

在作业调度中，算法每次从后备作业队列中选择最先进⼊该队列的⼀个或⼏个作业，将它们调⼊内存，分配必要的资源，创建进程并放⼊就绪队列。

在进程调度中，FCFS调度算法每次从就绪队列中选择最先进⼊该队列的进程，将处理机分配给它，使之投⼊运⾏，直到完成或因某种原因⽽阻塞时才释放处理机。

下⾯通过⼀个实例来说明FCFS调度算法的性能。

假设系统中有4个作业，它们的提交时间分别是8、8.4、8.8、9，运⾏时间依次是2、1、0.5、0.2，系统⾤⽤FCFS调度算法，这组作业的平均等待时间、平均周转时间和平均带权周转时间见表2-3。

表2-3 FCFS调度算法的性能作业号提交时间运⾏时间开始时间等待时间完成时间周转时间带权周转时间18280102128.4110 1.611 2.6 2.638.80.511 2.211.5 2.7 5.4490.211.5 2.511.7 2.713.5平均等待时间 t = (0+1.6+2.2+2.5)/4=1.575平均周转时间 T = (2+2.6+2.7+2.7)/4=2.5平均带权周转时间 W = (1+2.6+5.牡13.5)/4=5.625FCFS调度算法属于不可剥夺算法。

从表⾯上看，它对所有作业都是公平的，但若⼀个长作业先到达系统，就会使后⾯许多短作业等待很长时间，因此它不能作为分时系统和实时系统的主要调度策略。

但它常被结合在其他调度策略中使⽤。

例如，在使⽤优先级作为调度策略的系统中，往往对多个具有相同优先级的进程按FCFS原则处理。

FCFS调度算法的特点是算法简单，但效率低；对长作业⽐较有利，但对短作业不利（相对SJF和⾼响应⽐）；有利于CPU繁忙型作业，⽽不利于I/O繁忙型作业。

引起进程调度的主要因素有：（1）一个进程运行完毕。

（2）一个正在运行的进程被阻塞。

（3）在抢占式调度中，一个高优先级的进程被创建。

（4）在抢占式调度中，一个高优先级进程由阻塞唤醒。

（5）在轮转式调度中，正垢进程运行完进程调度的概念无论是在批处理系统还是分时系统中，用户进程数一般都多于处理机数、这将导致它们互相争夺处理机。

另外，系统进程也同样需要使用处理机。

这就要求进程调度程序按一定的策略，动态地把处理机分配给处于就绪队列中的某一个进程，以使之执行。

进程有四个基本属性1.多态性从诞生、运行，直至消灭。

2.多个不同的进程可以包括相同的程序3.三种基本状态它们之间可进行转换4.并发性并发执行的进程轮流占用处理器进程的三种基本状态:1.等待态：等待某个事件的完成；2.就绪态：等待系统分配处理器以便运行；3.运行态：占有处理器正在运行。

运行态→等待态往往是由于等待外设，等待主存等资源分配或等待人工干预而引起的。

等待态→就绪态则是等待的条件已满足，只需分配到处理器后就能运行。

运行态→就绪态不是由于自身原因，而是由外界原因使运行状态的进程让出处理器，这时候就变成就绪态。

例如时间片用完，或有更高优先级的进程来抢占处理器等。

就绪态→运行态系统按某种策略选中就绪队列中的一个进程占用处理器，此时就变成了运行态进程调度的分级高级、中级和低级调度作业从提交开始直到完成，往往要经历下述三级调度：高级调度：(High-Level Scheduling)又称为作业调度，它决定把后备作业调入内存运行；低级调度：(Low-Level Scheduling)又称为进程调度，它决定把就绪队列的某进程获得CPU；中级调度：(Intermediate-Level Scheduling)又称为在虚拟存储器中引入，在内、外存对换区进行进程对换。

进程调度的方式进程调度有以下两种基本方式：非剥夺方式分派程序一旦把处理机分配给某进程后便让它一直运行下去，直到进程完成或发生某事件而阻塞时，才把处理机分配给另一个进程。

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10.1.2
嵌入式实时操作系统技术特点
软实时仅要求对事件的响应是实时的， 但是不限定该任务的完成时间； 硬实时不仅要求对任务的实时响应， 还规定该任务在规定的时间周期内完成对 事件的处理。 嵌入式操作系统应当具有多任务和基于优先级的任务调度能力， 优化的资源 管理、时钟服务和中断服务。
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嵌入式实时操作系统的主要技术特性
（１） 内核的占先特性。当系统时间响应很重要时， 要使用占先式内核。 （２） 调度策略。 · 选择基于优先级调度的算法足以满足准实时系统的要求， 而且可以提供高 速的响应和大的系统吞吐率； · 如果两个或两个以上任务有同样优先级， 通常用时间片轮转法进行调度； · 硬实时系统则需要使用调度方式简单， 反应速度快的实时调度算法。 （３） 任务优先级分配方法。 （４） 时间的可确定性。 系统服务的执行时间不依赖于应用程序任务的多少。系统完成某个确定任务的时 间是可预测的。
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10.1.1
基本概念
嵌入式应用技术包括嵌入式硬件和嵌入式软件两部分。嵌入式软件包括操作 系统软件与应用软件。 嵌入式系统的基本特点是： 高效、强壮； 没有复杂的用户接口； 具有实时和 多任务支持、特别是部件特性。 嵌入式操作系统（embedded operating system ， EOS） 具有普通操作系 统的 基本特征， 还具有专门应用系统的技术特点： 高效和高可靠性、有小的和可以 剪裁的系统内核、一般是固化存储的； 较强的实时性、支持多任务与多进程、 能够提供各种设备驱动、提供友好的图形界面、提供TCP／IP 等多种网络协议。 嵌入式操作系统也应当提供在线或离线的开发系统和仿真调试工具。 实时操作系统（real time operating system ， RTOS） 是具有高度实时性 的 操作系统。和通用操作系统不同， 实时操作系统能够以短而确定的任务级响应 时间， 完成任务的切换， 所以主要应用于过程控制、数据采集、通信和多媒体 信息处理等对时间敏感的场合。

Linux命令行使用技巧如何查看和管理系统进程优先级在Linux操作系统中，进程优先级是指操作系统对运行中的进程进行调度和分配资源的重要参数之一。

通过合理地设置进程优先级，能够有效地提高系统的性能和稳定性。

本文将介绍一些Linux命令行使用技巧，帮助你查看和管理系统进程优先级。

一、查看系统进程1. top命令：top命令是Linux下常用的查看系统进程的命令。

通过top命令，你可以实时地查看各个进程的运行情况、进程ID、CPU使用率等信息。

2. ps命令：ps命令也是查看系统进程的常用命令。

通过ps命令，你可以查看当前用户的进程情况、各个进程的状态、进程ID等信息。

二、了解进程优先级在Linux系统中，进程的优先级用一个范围为-20到19的数值表示，其中-20表示最高优先级，19表示最低优先级。

默认情况下，普通用户创建的进程的优先级为0，系统进程的优先级通常较高。

三、修改进程优先级1. renice命令：renice命令用于修改已经运行的进程的优先级。

通过renice命令，你可以提高或降低进程的优先级。

假设你想将进程ID为12345的进程的优先级提高到10，你可以使用以下命令：```renice 10 12345```2. nice命令：nice命令用于在启动进程时指定进程的优先级。

通过nice命令，你可以创建一个具有较高或较低优先级的进程。

假设你想在运行一个新的进程时将其优先级设置为5，你可以使用以下命令：```nice -n 5 command```其中，command表示你要运行的命令或程序。

四、管理系统进程优先级1. taskset命令：taskset命令用于将进程绑定到指定的CPU或CPU 集。

通过taskset命令，你可以管理进程的调度情况。

假设你想将进程ID为12345的进程绑定到CPU 0上，你可以使用以下命令：```taskset -p 0x1 12345```2. chrt命令：chrt命令用于修改进程的调度策略和优先级。

(4) 尽力而为调度算法类：这一类算法不进行可能性分析，只 对到达的事件和相关任务指定相应的优先级，并进行调度。 尽力而为调度方式开销较小，实现容易。但是，该算法不一 定满足用户要求的处理时限。
2019/10/31
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4.6 实时系统调度方算法简介
四、时限调度算法
导语：基本思想是：按用户的时限要求顺序设置优先级，优先
●实时系统所处理的外部任务可分为周期性的与非周期性的两大类。非周期性 任务，存在有一个完成或开始进行处理时限；而周期性任务要求在周期T内 完成或开始进行处理。
2019/10/31
13
4.6 实时系统调度算法简介
一、实时系统的特点
1．有限等待和响应时间（决定性） 2．可靠性高 3．用户可以控制 4．系统纠错能力强，实时系统要求很高的可靠性。
导语：
●实时系统广泛用在移动通信、网络计算、航空航天等领域。os是实时系统中 最重要的部分之一,它负责在用户要求的时限内进行事件处理和控制。
●实时系统与其他系统的最大区别：处理和控制的正确性不仅取决于计算的逻 辑结果，而且取决于计算和处理结果产生的时间。因此，实时系统的调度， 即把给定的任务，按所要求的时限调配到相应的设备上处理完成。根据实 时系统对处理外部事件的时限要求，分为硬、软实时任务。 ◆硬实时任务要求系统必须完全满足任务的时限要求。 ◆软实时任务允许时限要求有一定的延迟，时限要求只是一个相对条件。
注意P90: 周转T、完成T、提交T、带权周转T等概念在公式中的含义。 ●分析结论:P3 执行的时间非常短，但等待时间过长，显然是不合理的。
2019/10/31
3
4.4 调度算法
二、短作业或短进程调度算法（SJF）
1. 适应范围：作业或进程 2. 原则：选取最短作业或进程进行执行 3. 优点：当短作业或短进程较多时，系统效率较高 4. 缺陷：对长作业不利，设有考虑优先级

者结合 自己的实践经验 ，围绕着实时操作 系统的实时性和可靠性 ，分析 了其特点和实时性能实现的几种 方式，最后作者 就如何提高实时操作 系统的可靠性谈 了一些 自己的看法和建议。 关键词 ：实时操作 系统 ；实时性能；可靠性策略
中图分 类号 ：Ｔ ３６ Ｐ １． ２ 文献标 识码 ：Ａ 文章 编号 ：１０— ９ （ １ １—１４０ ０７９ ９ ２ ￣ ６ ３— ５ ０ ０ ２ ２ 多 级 中断嵌 套处 理机 制 ． ３ 同事 处理 多种 外 部信 息或 事 件是 一个 事 实操 作系 统经 常会面临的情况，但是不 同事件处理的紧迫程度总会有所
计 算机 光 盘软 件 与应用
工程技术
Ｃ ｍ ｕ ｅ Ｄ Ｓ ｆｗ ｒ ｎ ｐ １ ｃ ｔ Ｏ ｓ ｏ ｐ ｔ ｒ Ｃ ｏ ｔ ａ ｅ ａ ｄ Ａ ｐ ｉａ ｉｎ
２１ ０ ２年第 １ ６期
提 高实时操作系统 的实时性 能和可靠性策 略
王 远 鹏 （ 南平市 消防支队司令部 ，福建 南平
得 出，实 时操 作 系统 在运 行 的过 程 中 ，有着特 殊 性 ，最 为 以 Ｌｎ ｘ操 作 系统 为例 ，“ ｉ ｕ 公平” 调度 的 政策 被使用 于 关 键 的便 是其 对 外界 事物 或 者是 数据 发 生 时候 ，能够 族 从 线程 和进 程 的 Ｃ Ｕ 使用 上 。 Ｐ 这个 策略 可 以提供 良好 的综 合 高速有效的反应，并能够保证真实可靠性 。此外 ，在实时 性 能 ，但 不能 保证 高优 先 级 ，时 间关键 的线 程 将优 先 为低 操作系统中，有两种类 型，主要是硬实时操作系统和软实 优先级的线程执行。事实上，操作系统有时会中断高优先 时操作系统，硬实时操作系统在系统设计 中，严格要求能 级的线程提供一个低优先级的线程 Ｃ Ｕ 时间。因此， Ｐ 很容 够 在规 定 的 时 间内完成 各 种相 关操 作 ，相 对而 言，软 实 时 易错 过他 们 的时 间期 限 ，可能会 导 致在 苛刻 的线程 ， 即使

2．批处理系统调度算法常用评价准则（续） ►系统吞吐率
♦ 是指单位时间内系统完成作业的个数。 ♦ 显然，若处理的长作业多，则系统吞吐率低；若处理的短作业多，则系
统吞吐率高。 ♦ 系统吞吐率是评价批处理系统性能的重要指标。 3．分时系统调度算法常用评价准则 ►响应时间 ♦ 是指用户提交一个请求到系统响应（通常是系统有一个输出）的时间间
►FCFS调度算法是一种非抢占式调度算法。
5.2.1 先来先服务调度算法
►以低级调度为例，讨论FCFS调度算法的性能。各进程的调度顺序及详细 执行情况如图5-3所示。表5-2列出了各进程的周转时间、带权周转时间等 调度性能指标值。
5.2.1 先来先服务调度算法
►优点：FCFS调度算法简单、易于实现。
5.2.1 先来先服务调度算法
►先来先服务（First Come First Served，FCFS）调度算法是一种最简单 的调度算法。
►既可以用于高级调度，又可以用于低级调度。
►按照作业或进程到达系统的先后次序进行调度的。 ♦ 用于高级调度时，每次从后备队列中选择一个或多个最先进入该队列的 作业，将它们调入内存，为它们分配资源、创建进程，然后将进程链接 到就绪队列。 ♦ 用于低级调度时，每次从就绪队列中选择一个最先就绪的进程，把CPU 分派给它，使之投入运行，一直到该进程运行完毕或阻塞后，才让出 CPU。
5.2.2 短进程（作业）优先调度算法
►Shortest Process First，SPF 或 Shortest Job First，SJF ►该 算 法 优 先 选 择 短 进 程 （ 作 业 ） 投 入 运 行 ， 可 分 别 用 于 高 级 调 度 和 低 级 调
5.2 常用调度算法
5.2.1 先来先服务调度算法 5.2.2 短进程（作业）优先调度算法 5.2.3 轮转调度算法 5.2.4 优先级调度算法 5.2.4 最高响应比优先调度算法 5.2.4 多级队列调度算法 5.2.4 多级反馈队列调度算法

开放性与兼容性 RTOS通常提供开放的API接口和标准化的通信协 议，便于与其他系统进行集成和交互，提高系统 的可扩展性和兼容性。
03
RTOS关键技术
任务调度算法
基于优先级的调度算法
根据任务的优先级进行调度，优先级高的任务优先执行。
时间片轮转调度算法
将CPU时间划分为固定长度的时间片，每个任务按时间片轮流执行。
消息队列和邮箱
提供任务间通信机制，实现消息的发送和接收。
事件和信号
用于实现任务间的异步通知和事件触发机制。
04
常见RTOS类型及特点
硬实时操作系统（HRTOS）
严格的时间约束
硬实时操作系统要求在规定的时间内完成特定的任务， 否则可能导致系统失败或产生严重后果。
可预测性
系统的行为必须是可预测的，以确保满足实时任务的 时间要求。
典型嵌入式RTOS案例分析
VxWorks
VxWorks是一款广泛应用的商用RTOS，具有高可 靠性、高性能和可扩展性等特点。它支持多种处理 器架构和操作系统接口，适用于航空航天、军事、 工业自动化等领域。
μC/OS
μC/OS是一款轻量级的实时操作系统，具有可裁剪、 可移植和实时性能优异等特点。它提供了任务调度、 内存管理、中断管理等基本功能，适用于各种规模 的嵌入式系统。
高可用性
RTOS通过采用冗余设计、热备份 等技术手段，提高系统的可用性， 确保系统能够长时间稳定运行。
可扩展性
1 2 3
模块化设计 RTOS采用模块化设计思想，将系统功能划分为 多个独立的模块，便于根据实际需求进行裁剪和 扩展。
可配置性
RTOS提供丰富的配置选项，允许用户根据实际 需求对系统进行定制和配置，满足不同的应用场 景需求。

cpu分配策略CPU分配策略在计算机系统中，CPU（Central Processing Unit，中央处理器）是核心组件之一，负责执行计算机程序的指令。

为了高效利用CPU 资源，提高计算机系统的性能，需要制定合理的CPU分配策略。

本文将介绍几种常见的CPU分配策略，并分析它们的优缺点。

一、抢占式调度策略抢占式调度策略是指在CPU分配过程中，操作系统可以根据一定的优先级规则，及时地将CPU从当前运行的进程中夺取，分配给优先级更高的进程。

这种策略可以保证高优先级进程的快速响应，提高系统的整体性能。

然而，频繁的抢占操作会增加系统开销，降低系统的实时性。

二、时间片轮转策略时间片轮转策略是一种公平的CPU分配策略。

操作系统将CPU的使用时间划分为若干个时间片，每个进程在一个时间片内执行。

当时间片用完后，操作系统将CPU分配给下一个等待执行的进程。

这种策略可以保证每个进程都能够获得一定的CPU时间，避免某个进程长时间占用CPU而导致其他进程无法执行。

然而，如果时间片设置过小，会增加进程切换的开销；如果设置过大，会降低系统的响应速度。

三、多级反馈队列策略多级反馈队列策略是一种综合考虑进程优先级和时间片的CPU分配策略。

操作系统维护多个优先级队列，每个队列拥有不同的时间片大小。

当一个进程被分配到某个队列后，如果它的执行时间超过了该队列的时间片，它将被移到下一个优先级更低的队列中。

这种策略可以根据进程的执行情况进行动态调整，既能够保证高优先级进程的及时响应，又能够充分利用CPU资源。

然而，多级反馈队列策略的实现较为复杂，需要更多的系统开销。

四、优先级调度策略优先级调度策略是一种根据进程优先级分配CPU的策略。

每个进程都有一个优先级值，优先级高的进程将优先获得CPU的分配。

这种策略可以根据进程的重要性和紧急程度进行灵活的调整，但如果优先级设置不当，可能导致低优先级进程长时间无法获得CPU资源。

五、最短作业优先策略最短作业优先策略是一种根据进程执行时间长短分配CPU的策略。

常用进程调度算法的分析与评价袁飞1（黄石理工学院数理学院湖北黄石435003）摘要：调度也称dispatcher 这是内核的主要职责之一就是决定该轮到哪个任务运行了多数实时内核是基于优先级调算法的每个任务根据其重要程度的不同被赋予一定的优先级基于优先级的调度法指CPU 总是让处在就绪态的优先级最高的任务先运行然而究竟何时让高优先级任务掌握CPU 的使用权有两种不同的情况这要看用的是什么类型的内核是非占先式还是占先式的内核本文详细地讨论了四种常用进程调度算法的基本思想，并对其进行了分析和评价。

关键词进程调度算法，分析，评价1 引言进程调度是系统内部的低级调度，进程调度的策略通常有先来先服务算法、时间片轮转算法、最高优先权优先调度算法、最短进程优先调度算法等。

衡量进程调度性能通常需要从定性和定量两个方面来综合考虑。

2 进程调度算法评价依据进程调度性能的衡量方法可以分为定性和定量两种，在定性衡量方面，首先是调度的安全性。

比如，一次进程调度是否可能引起数据结构的破坏等。

这要求对调度时机的选择和保存CPU现场十分小心。

另外，系统开销也是衡量进程调度的一个重要指标，由于调度程序的执行涉及到多个进程的上下文切换，如果调度策略过于繁琐和复杂，将会耗去较大的系统开销。

这在用户进程调度系统调用较多的情况下，将会造成响应时间大幅度增加。

进程调度的定量评价包括CPU的利用率评价、进程在就绪队列中的等待时间与执行时间之比等。

实际上，由于进程进入就绪队列的随机模型很难确定，而且进程上下文切换等也将影响进程的执行效率，从而对进程调度进行解析是很困难的，一般情况下，大多利用模拟或测试系统响应时间的方法来评价进程调度的性能。

3 四种常用进程调度算法的分析与评价3.1 先来先服务算法3.1.1 算法思想该算法思想是按照进入就绪队列的先后次序来分配处理机。

FCFS采用非剥夺调度方式，即一旦某个进程占有处理机，就一直运行下去，直到该进程完成其工作或因等待某一事件而不能继续执行时才释放处理机。

有具 有较短 执行路径的服务才被 包含在 内核 中 ，任
个定时触发 。这提供 了一种 调整机制 ，支持高于
何需 要大 量工作 （ 如进程加载 ）的操作 必须被安排
到外部进程 或线程 。这种方法有助于通过 内核确保 最长 的不可抢 占代码路径具有一个 时间上限。 优先级继承 然而 ，为一个进程 设定一个高优先级并不总能 保证该进程 能够抢 占低优先级的进程 。有时候 ，系 统会 出现一 种称 为优先级倒置 （ ｒ ｒ ｙ ｉｖ ｒｉｎ Ｄ ｉ ｉ ｎ ｅｓ ） ｏｔ ｏ
一
能够 准确地控制软 件过程 的执行顺序 ，从而保证按
照给 定的媒体速率进行播放 。上述大部分情况适用 于 用 户希 望 对输 入做 出 立 即 响 应 的 系 统 。通 过
ＲＴ Ｓ，开发人 员能够保证 由用 户的操 作总能得到 Ｏ 及时 的响应 ， 除非 一个更重要的操 作（ 如一项有助于 保障用 户安全 的操 作） 必须首先执 行。总之 ， 一个好 的ＲＴ Ｓ Ｏ 支持开发人 员控制系统执行任何任务或对 任何重要事件做 出反应的时 间，并且能够以一种可 以预测并且完全一致的形式满足任务执 行的最终期 限要求 。但是 ，如果 Ｒ Ｏ Ｔ Ｓ崩溃 ，这些 最终期 限就 不能被满足 。因此 ， Ｔ Ｓ必须提供高 度的可 靠性 。 Ｒ Ｏ
把 双刃剑 ，当使 用不当时它可 能会潜 在地导 致低
优先级的进程不能得到 Ｃ Ｕ时 间。 Ｐ 保证 高优先级 的 进程和线程的同时确保不会使其 它进程处于 “ 饥饿 ”
状态 的关键是要对它们的执行进行限制 ，通过 对执
行进 行调 整或在 响应加载 的过程 中进行 控制 ，开发
特别是它必须提供在不需 要重启的情况下 ，从软件 故障 中快速并智能恢复的机制。

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最短优先调度算法： 3. 最短优先调度算法 ： 选择运行时间最短的
进程进行调度。 进程进行调度。 非抢占式： 已经在CPU CPU上运行的进程运行结 非抢占式 ： 已经在 CPU 上运行的进程运行结 阻塞时，在候选进程中选择最短的运行。 束/阻塞时，在候选进程中选择最短的运行。 抢占式： 每到来一新进程重新 ( 调度 ) 选择 抢占式 ： 每到来一新进程重新( 调度) 最短进程运行。 最短进程运行。 优点：系统吞吐量大。 优点：系统吞吐量大。 缺点：会使大程序长时间得不到调度， 缺点：会使大程序长时间得不到调度，甚至 饿死” 而且对运行时间的估计不准确。 “饿死”，而且对运行时间的估计不准确。
4 7 11 13 17
4 6 9 10 13 8.4
1 2 2.25 5 3.33 2.5
11.8 3.46
11
如何选择一个合适的时间片呢？ 如何选择一个合适的时间片呢？
考虑系统进行进程切换的消耗和我们可以承 受的整个系统的消耗； 受的整个系统的消耗； 考虑系统中运行的进程数， 考虑系统中运行的进程数，尽量使用户的交 互体验不会很差(不会感到很慢) 互体验不会很差(不会感到很慢)，进程多时 间片则短一些， 间片则短一些，进程少则时间片可以长一点
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时间片轮转调度示例
时间片为1 进程 到达 运行 时间片为1 名 时间 时间 完成 周转
时间 时间
时间片为4 时间片为4
带权周 完成 周转 转时间 时间 时间 带权周 转时间
A B C D E 平均
0 1 2 3 4
4 3 4 2 4
15 12 16 9 17
15 11 14 6 13
3.75 3.67 3.5 3 3.33
程中根据实际情况调整优先级。 程中根据实际情况调整优先级。