第十章—多处理器和实时调度【计算机操作系统】

10.1 列出并简单定义五种不同级别的同步粒度。

细粒度:单指令流中固有的并行;

中等粒度:在一个单独应用中的并行处理或多任务处理;

粗粒度:在多道程序环境中并发进程的多处理;

非常粗粒度:在网络节点上进行分布处理,以形成一个计算环境;

无约束粒度:多个无关进程。

10.2 列出并简单定义线程调度的四种技术。

加载共享:进程不是分配到一个特定的处理器,而是维护一个就绪进程的全局队列,每个处理器只要空闲就从队列中选择一个线程。这里使用术语加载共享来区分这种策略和加载平衡方案,加载平衡是基于一种比较永久的分配方案分配工作的。

组调度:一组相关的线程基于一对一的原则,同时调度到一组处理器上运行。

专用处理器分配:在程序执行过程中,每个程序被分配给一组处理器,处理器的数目与程序中的线程的数目相等。当程序终止是,处理器返回到总的处理器池中,可供分配给另一个程序。

动态调度:在执行期间,进程中线程的数目可以改变。

10.3 列出并简单定义三种版本的负载分配。

先来先服务(FCFS):当一个作业到达时,它的所有线程都被连续地放置在共享队列末尾。当一个处理器变得空闲时,它选择下一个就绪线程执行,直到完成或阻塞。

最少线程数优先:共享就绪队列被组织成一个优先级队列,如果一个作业包含的未调度线程数目最少,则给它指定最高的优先级。具有同等优先级的队列按作业到达的顺序排队。和FCFS一样,被调度的线程一直运行到完成或阻塞。

可抢占的最少线程数优先:最高的的优先级给予包含的未被调度的线程数目最少的作业。刚到达的作业如果包含的线程数目少于正在执行的作业,它将抢占属于这个被调度作业的线程。

10. 硬实时任务和软实时任务有什么区别?

硬实时任务指必须满足最后期限的限制,否则会给系统带来不可接受的破坏或者致命的错误。

软实时任务也有一个与之相关联的最后期限,并希望能满足这个期限的要求,但是这并不是强制的,即使超过了最后期限,调度和完成这个任务仍然是有意义的。

10.5 周期性实时任务和非周期性实时任务有什么区别?

非周期任务有一个必须结束或开始的最后期限,或者有一个关于开始时间和结束时间的约束。而对于周期任务,这个要求描述成“每隔周期T一次”或“每隔T个单位”。

10.6 列出并简单定义对实时操作系统的五方面的要求。

可确定性:在某中程度上是指它可以按固定的、预先确定的时间或时间间隔执行操作。

可响应性:它关注的是在知道中断之后操作系统未中断提供服务的时间

用户控制:用户应该能够区分硬实时任务和软实时任务,并且在每一类中确定相对优先级。实时系统还允许用户指定一些特性,例如使用分页还是进程交换、哪一个进程必须常驻主存、使用何种磁盘算法、不同的优先级的进程各有哪些权限等。

可靠性 :可靠性必须提供这样一种方式,以继续满足实时最后期限。

故障弱化操作:故障弱化操作指系统在故障时尽可能多的保存其性能和数据的能力

10.7 列出并简单定义四类实时调度算法。

静态表驱动法:执行关于可行调度的静态分析。分析的结果是一个调度,它用于确定在运行时一个任务何时必须开始执行。

静态优先级驱动抢占法:同样,执行一个静态分析,但是没有制定调度,而且用于给任务指定优先级,使得可以使用传统的优先级驱动的抢占式调度器。

基于动态规划调度法:在运行是动态地确定可行性,而不是在开始运行前离线的确定(静态)。一个到达的任务,只有当能够满足它的时间约束时,才可以被接受执行。可行性分析的结果是一个调度或规划,可用于确定何时分派这个任务。

动态尽力调度法:不执行可行性分析。系统试图满足所有的最后期限,并终止任何已经开始运行但错过最后期限的进程。

10.8 关于一个任务的哪些信息在实时调度是非常有用?

就绪时间:任务开始准备执行的时间。对于重复或周期性的任务,这实际上是一个事先知道的时间序列。而对于非周期性的任务,或者也事先知道这个时间,或者操作系统仅仅知道什么时候任务真正就绪。

启动最后期限:任务必须开始的时间。

完成最后期限:任务必须完成的时间。典型的实时应用程序或者有启动最后期限,或者有完成最后期限,但不会两者都存在。

处理时间:从执行任务直到完成任务所需的时间。在某些情况下,可以提供这个时间,而在另外一些情况下,操作系统度量指数平均值。其他调度系统没有使用这个信息。

资源需求:任务在执行过程中所需的资源集合(处理器以外的资源)。

优先级:度量任务的相对重要性。硬实时任务可能具有绝对的优先级,因为如果错过最后期限则会导致系统失败。如果系统无论如何也要继续运行,则硬实时任务和软实时任务可以被指定相关的优先级,以指导调度器。

子任务结构:一个任务可以分解成一个必须执行的子任务和一个可选的子任务。只有必须执行的子任务拥有硬最后期限。

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