一、实时系统：
- 指系统能够在限定的响应时间内提供所需水平的服务。
- 指计算的正确性不仅取决于程序的逻辑正确性，也取决于结果产生的时间，如果系统的时间约束条件得不到满足，将会发生系统出错。
实时任务：具有明确时间约束的计算任务，有软/硬，随机/周期性之分。
- 硬实时任务：必须满足任务对截止时间的要求
- 软实时任务：联系着一个截止时间，但不严格，可偶尔错过，不会对系统造成大的影响。（实时系统的任务往往带有某种程度的紧迫性，因而实时系统的调度有某些特殊要求。）
为此引入适合的实时调度算法。
二、实现实时调度的基本条件
1.提供必要的信息
为了实现实时调度，系统应向调度程序提供有关任务的下述信息：
- 就绪时间。该任务成为就绪状态的时间。
- 开始截止时间、完成截止时间。开始截止时间：某个任务必须在某个时间之前开始执行。完成截止时间：某个任务必须在某个时间之前执行完成。
- 处理时间。从开始执行到完成所需时间。
- 资源要求。任务执行时所需的一组资源。
- 优先级。根据任务性质赋予不同优先级。
2.系统处理能力足够强
处理能力不足可能会出现某些实时任务不能得到及时处理，导致难以预料的后果。
如：
- 系统中有M个周期性的硬实时任务，处理时间为Ci，周期时间表示为Pi,
单机系统中必须满足条件
3. 提高系统处理能力的方法：
- 增强单机系统的处理能力
- 采用多处理机系统（此情况下需满足∑（ Ci / Pi ）≤N，N为处理机数）
三、实时调度算法的分类
根据实时任务的性质
- 硬实时调度算法
- 软实时调度算法
根据调度时间不同
- 静态调度算法
- 动态调度算法。
按调度方式
- 非抢占调度算法
- 抢占调度算法
多处理机环境下
- 集中式调度
- 分布式调度
1.非抢占调度算法
该算法较简单，用于一些小型实时系统或要求不太严格的实时系统中，又可分为：
- 非抢占式轮转调度算法。常用于工业生产的群控系统中，要求不太严格。
- 非抢占式优先调度算法。要求相对严格，根据任务的优先级安排等待位置。可用于有一定要求的实时控制系统中。（精心设置可获得百ms级的响应时间）
较严格的实时系统中（t约为数十ms），选择采用抢占式优先权调度算法。根据抢占发生时间可分为：
- 基于时钟：某高优先级任务到达后并不立即抢占，而等下一个时钟中断时抢占。
- 立即抢占：一旦出现外部中断，只要当前任务未处于临界区，就立即抢占处理机。
四、常用的几种实时调度算法
1.最早截止时间优先EDF（Earliest Deadline First）
根据任务的开始截止时间来确定任务的优先级。截止时间越早，其优先级越高。（开始截至时间为t：在t时刻之前该任务必须开始执行）
- 系统保持一个实时任务就绪队列
- 队列按各任务截止时间的早晚排序
- 调度程序总是选择就绪队列中的第一个任务，分配处理机使之投入运行。
新任务产生时，是否等当前程序执行完：
- 抢占式/非抢占式
可能会使作业错过，但可适用于软实时系统
EDF在非抢占式调度方式的应用
1.首先任务 1 先到达并且执行任务
2.在任务 1 执行的过程中，任务 2，3 到达。也就是任务 1 执行完时，有任务 2，3 等待被执行
3.比较任务 2，3 的截止时间，也就是最上面的开始截止时间，可得到，任务 3 先执行
4.同样的分析方式，可以得出任务 4 先于任务 2 执行
所以执行顺序是 1，3，4，2
EDF在抢占式调度方式的应用
我们通过一个例子来讲解
首先，该图的二，三行是为了说明常用的优先级调度不能适用于实时系统，这里不细说，可以不用管，我们直接观察第一行和最后一行。
1.在 t = 0 时，A1 和 B1 同时到达。此时比较二者的截止时间（最后期限），可以看出 A1 的截止时间早，所以 A1 先运行。
2.A1 执行 10ms 后因为 A2 还没有到，所以不存在比较，直接切换 B1 执行。
3.当 B1 执行了 10ms 后，A2 到达，比较二者的截止时间，A2 先于 B1。所以A2 抢占处理机，B1 中断。
此后的调度方式按照上面的分析即可完成
EDF在抢占式和非抢占式的区别就是，抢占式就是，当新任务A来到的时候，如果A的截止时间比正在执行的任务B的截止时间提前，那么就中断B，抢夺处理机控制权，转而运行A。
2.最低松弛度优先LLF（Least Laxity First）
根据任务紧急（或松弛）的程度，来确定任务的优先级。任务的紧急程度越高（松弛度值越小），优先级就越高。
松弛度= 截止完成时间 – 还需执行时间 - 当前时间
可理解为当前时刻到开始截止时刻间的差距，随着时间的推进，这个差值逐渐变小，任务越来越紧迫。
举两个例子。
例1.
比如此时时间轴为 0ms，任务 A 和 B 同时到达，需要确定先执行哪个任务。
任务 A 需要在 200ms 这个时刻（或之前）完成，而 A 本身要运行 100ms。所以 A 的松弛度就是 200 - 100 - 0 = 100ms。
此时还有一个任务 B ，必须在 400ms 时刻（或者之前）完成，本身需要运行 150ms，所以松弛度为 400 - 150 - 0 = 250
所以，松弛度低（任务越紧急）先执行。
例2.
假如一个实时系统中有两个周期性实时任务 A 和 B，任务 A 每 20ms 运行一次，一次运行 10ms 。
任务 B 每 50ms 运行一次，一次运行 25ms。
通过观察下图，
可画出 A 和 B 在 LLF 算法下的调度时间轴图。
进程切换发生的时机：
- 进程执行完
- 进程I/O阻塞
- 新进程出现时可能的抢占
- 某进程松弛度为0时发生抢占
有的时刻，其他并发的实时任务下一周期未到来，会出现只有一个任务的情况。
五、多处理机系统中的调度
提高计算机系统性能的途径：
- 提高计算机元器件速度
- 改进计算机系统体系结构
20世纪70年代出现多处理器系统MPS（MultiProcessor System）。90年代中后期，功能较强的主机或服务器都采用了MPS。
1.多处理器系统的类型
不同角度分类
（1）紧密耦合MPS和松弛耦合MPS
- 紧密耦合（Tightly Coupted）
高速总线或高速交叉开关来实现多个处理器之间的互连。
共享主存储器系统和I/O设备。系统中所有进程和资源由OS统一控制管理。 - 松散耦合（Loosely Coupted）
通过通道或通信线路来实现多台计算机之间互连。
每台计算机都有自己的存储器和I/O设备，可以独立工作。
（2）对称MPS和非对称MPS
- 对称多处理系统SMPS（Symmetric MultiProcessor System）平等型：在系统中所包含的各处理器单元在功能上和结构上都相同。当前的绝大多数MPS属于此类。
- 非对称多处理器系统。主从型：系统中有多种类型的处理单元，它们的功能和结构各不相同，其中只有一个主处理器，其余为从处理器。
2.进程分配方式
在多处理器系统中，进程的调度与系统结构有关。
- 同构性系统中，所有处理器都相同，可将进程分配到任一处理器上运行；
- 非对称MPS，对任一进程而言，都只能将其分配到某一适合于其运行的处理机上去执行。下面分别介绍对称MPS和非对称MPS中的进程分配方式。
（1）对称MPS中的进程分配方式
①静态分配（Static Assignment）方式：
- 进程从开始至完成被固定分配到一个处理器上。
- 优点是进程调度开销小，缺点是各处理器可能出现忙闲不均。
②动态分配（Dynamic Assignment）方式：
- 系统中仅设置一个公共的就绪队列，分配进程总是给空闲处理器。某一进程的执行可能曾在不同的处理器上。
- 优点是消除忙闲不均现象。但松散耦合系统增大调度开销。
（1）非对称MPS中的进程分配方式
OS的核心部分驻留在一台主机上，而从机上只是用户程序，进程调度只由主机执行。主机中保持有一个就绪队列。
每当从机空闲时向主机发一索求进程信号，然后等待主机分配进程。
优点是系统处理比较简单，缺点是处理靠一台主机导致不可靠。（克服缺点的方法是利用多台而非一台管理系统）
3.进程（线程）调度方式
MPS已广为流行多年，存在着多种调度方式，许多都是以线程作为基本调度单位的，比较有代表的如下：
- 自调度（Self-Scheduling）方式
- 成组调度（Gang Scheduling）方式
- 专用处理器（Dedicated Processor Assignment）分配方式
（1）自调度（Self-Scheduling）方式
- 最简单的一种调度方式。
- 系统中设置一个公共的进程或线程就绪队列，所有的处理器空闲时，都可自己到该队列中取得一进程（线程）来运行。
- 调度算法：可采用FCFS、FPF和抢占式最高优先权优先调度算法等。经实验证明FCFS算法在多处理器环境下简单开销小，目前成为较好的调度算法。
特点：
- 优点：
1）易将单机环境下的调度机制移植到MPS中；
2）不会发生处理器忙闲不均的现象，有利于提高处理器的利用率。 - 缺点：
1）瓶颈问题。多处理器互斥访问唯一就绪队列。
2）低效性。高速缓存的使用效率很低。
3）线程切换频繁。相关的其他线程未必会同时获得处理器导致切换频繁。
（2）成组调度（Gang Scheduling）方式
为解决自调度方式中线程频繁切换的问题
将进程的一组线程分配到一组处理器上去执行。分配处理器时间的方式：
- 面向所有应用程序平均分配处理器时间
- 面向所有线程平均分配处理器时间
优点：
- 相互合作的进程或线程能并行执行，可有效的减少阻塞，减少切换使系统性能得到改善；
- 每次调度都可以解决一组线程的处理器分配问题，故可显著减少调度频率，减少了调度开销。
（3）专用处理器（Dedicated Processor Assignment）方式
在一个应用程序的执行期间，专为该应用程序分配一组处理器，每一个线程一个处理器。
这种方式很浪费。但仍有利用市场，适用于并发程度相当高的多处理机环境：
- 对系统的性能和效率来讲，单个处理器的利用率已不太重要。
- “专用”完全避免了切换，从而大大加速了程序运行。
- 同时加工的应用程序，线程总和不应超过系统处理机的数目。