EDF调度算法
EDF调度算法
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一、引入 2、国内外研究概况
当然，RM是基于这样一种比较理想的硬实时周期任务模型： i. 所有的任务都是周期任务 ii. 所有的任务都是不相关的，即它们没有共享资源 iii.所有任务都有一个固定的执行时间或最大执行时间 iv.所有任务的相对截止时间 都等于它们的周期 v. 所有任务都是可抢占的 vi.系统只有一个处理器 注：若iv不成立，则RM不是最优的固定优先级调度算法。这 事可采用另一种算法：时限单调(deadline monotonic)调度算 法DM，其按任务的相对时限来分配优先级：相对时限越短， 优先级越高。
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一、引入 2、国内外研究概况
软实时任务和偶发任务的调度 因为软实时任务允许运行时间错过截止期，所以其调度目标 是在保证满足硬实时周期任务的时限前提下，提高软实时任 务的响应时间。目前主要的调度算法有：
i. 后台运行法
ii. 轮询服务器法 iii. 挪用法
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一、引入 2、国内外研究概况
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一、引入 2、国内外研究概况
还有其他的动态优先级调度算法，e.g 最小空闲时间优先 （Least Slack Time First,LST）算法。
一个任务在t时刻的空闲时间等于： 截止时刻－ t －该任务的剩余执行时间
虽然LST也是具有最优性ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ但需随时监视所有就绪任务，运行 时的开销较大，且如果两个任务的空闲时间接近，很容易产生 调度的颠簸现象，所以实际使用中一般不适用。
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一、引入 1、背景、目的及意义
从实时系统理论的发展来看，主要有以下几个方面： 有资源互斥的硬实时任务调度： 提出几种资源互斥协议来防止优先级反转和死锁问题， 并给出相应的可调度判定条件。 多处理器实时任务调度，前面的研究都是假定系统中只有 一个处理器，忽略实际复杂的因素，将注意力集中到调度算 法、资源访问控制和可调度性分析判定的基本原理上。这部 分将这些理论应用于包含多个处理器的实时系统中，并处理 在单处理器系统中未出现的问题。
实时系统中的实时操作系统调度策略比较(一)
实时系统中的实时操作系统调度策略比较引言：实时系统是一类对时间敏感的应用系统，其对任务的响应时间有着极高的要求。
而实时操作系统（RTOS）则是实现实时系统功能的核心组成部分之一。
在实时操作系统中，调度策略的选择对实时系统的性能和可靠性有着重要影响。
本文将比较几种常用的实时操作系统调度策略，探讨它们的优劣与适用场景。
一、固定优先级调度固定优先级调度是实时系统中最简单且常用的调度策略之一。
按照任务的优先级大小将任务分配执行时间。
优先级高的任务具有更高的执行优先级。
固定优先级调度策略简单直观，容易实现和调试。
然而，由于任务的优先级是固定的，当高优先级任务持续占用CPU资源时，低优先级任务可能会出现饥饿现象，导致系统性能下降。
二、最早截止时间优先调度最早截止时间优先（EDF）调度策略是一种动态优先级调度算法。
任务的执行顺序根据其截止时间决定。
截止时间越早的任务具有更高的动态优先级。
EDF调度策略能够保证最大化地满足任务的实时性要求。
但是，EDF调度算法需要实时监控任务的截止时间并进行动态调度，实时系统的开销较大，因此不适合一些资源有限的嵌入式系统。
三、最高响应比优先调度最高响应比优先（HRRN）调度策略是一种基于任务相应比的调度算法。
任务的相应比定义为任务的等待时间加上任务执行时间与任务执行时间之比。
相应比越高的任务具有更高的优先级。
最高响应比优先调度策略综合考虑了任务的执行时间和等待时间，能够在保证实时性的同时更好地利用系统资源。
然而，HRRN调度策略需要维护和计算每个任务的相应比，增加了调度算法的复杂度。
四、最短任务优先调度最短任务优先（STP）调度策略是一种基于任务执行时间的调度算法。
执行时间短的任务具有更高的优先级。
最短任务优先调度策略能够保证执行时间短的任务尽早完成，从而提高系统的执行效率。
然而，STP调度策略对任务的执行时间要求较高，在优先级相同的情况下，执行时间长的任务可能会出现饥饿现象。
车间调度算法
车间调度算法是指为了优化车间生产调度而设计的算法。
下面介绍几种常见的车间调度算法：先来先服务（First-Come, First-Served，FCFS）算法：
工作按照到达顺序排队执行，先到先服务。
缺点是没有考虑工作的执行时间和紧急程度，可能导致长作业时间和低效率。
最短作业优先（Shortest Job Next，SJN）算法：
按照工作的执行时间进行排序，选择执行时间最短的工作优先执行。
可以最大程度地减少平均等待时间和周转时间，但可能导致长作业等待时间过长。
最高优先级优先（Highest Priority First，HPF）算法：
给每个工作分配一个优先级，优先级高的工作优先执行。
可以根据工作的紧急程度进行调度，但可能导致低优先级工作长时间等待。
轮转法（Round Robin，RR）算法：
将时间划分为时间片，每个工作在一个时间片内执行一定的时间，然后切换到下一个工作。
公平地分配处理器时间，避免长作业占用时间过长，但可能导致响应时间较长。
最早截止时间优先（Earliest Deadline First，EDF）算法：
按照工作的截止时间进行排序，选择最早截止时间的工作优先执行。
可以确保紧急工作及时完成，但需要准确估计截止时间。
启发式算法：
基于经验和启发规则进行调度决策，如遗传算法、模拟退火算法等。
可以根据具体问题的特点和需求进行调度，但可能不保证获得最优解。
不同的车间调度算法适用于不同的生产环境和问题需求。
选择适合的算法需要考虑生产特点、工作性质、优先级和调度目标等因素，并综合考虑平均等待时间、周转时间、资源利用率、紧急程度等指标。
EDF可调度性证明
即存在 中任务的一组释放时刻( 的作业在时刻0释放，而其他任务的作业均在时刻 释放)，使得 ，与 可调度矛盾。
故必要性成立，即如果 在不可抢占式EDF调度算法下可调度，以上条件总成立，再证充分性。
(1)
(2)
该判定条件仅限于任务的截止期等于其周 Nhomakorabea的情况。在截止期不等于其周期的情况下，以上判定条件并不适用。
定理1：令周期性硬实时任务集 ，其中， 为任务 的最坏执行时间。 为任务 的周期， 为任务 的截止期．则当且仅当以下条件成立， 在不可抢占式EDF调度算法下可调度：
其中， 。
证明：
先证必要性。假设存在一个周期性硬实时任务集 ， 在不可抢占式EDF调度算法下可调度，但不满足条件，即 ，使得 ，其中 。令 ，其 中。
情形1：截止期大于 的所有作业在[ , ]内均未被调度执行，即[ , ]内得到调度的作业均是截止期小于或等于 的。
情形2：存在着某个(或某些)截止期大于 的作业在[ , ]内被调度执行。
以下将分别按这两种情形来讨论。
情形1：因有任务在 错过截止期，故 。由式(2)有：
由于 为空闲区间的结束时刻，所以[ , ]区间内调度的作业都在 或者 后被释放，且[ , ]内调度的作业其截止期小于或等于 ，即存在作业在[ , ]内释放，又在[ , ]内到达截止期，所以 。
EDF算法可调度性证明
截止期最早的任务优先调度(Earliest Deadline First，EDF)算法。该算法规定任务的截止期限越小，优先级越高。EDF调度又可以分为可抢占模式和不可抢占模式。但如果基于不可抢占模式实现EDF算法，调度的开销要远小于可抢占模式。故而只讨论不可抢占EDF调度算法。
最早期限优先调度算法(EDF)实验报告
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。
两种改进的EDF软实时动态调度算法
ＬＩＱｉ
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Байду номын сангаас
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第 ３ 卷 第 ５ ４ 期 ２１ ０ １年 ５月
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两 种 改进 的 Ｅ ＤＦ软 实 时动 态 调 度 算 法
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不可抢占式EDF调度算法的可调度性分析
摘 要 现有的不可抢 占式 Ｅ Ｆ调 度算法的可调度性 分析 判定条件限定 实时任 务的截止期 必须等 于其周期 ， Ｄ 限制 了它
的使 用 范 围。论 文 突破 这 一 限制 ， 出 了更 具 一般 性 的 可 调 度性 分 析 判 定 充要 条 件 。通过 对 可调 度性 判 定 充 要 条 件 的 分 提
ｌ 引言
实 时 系统 的正 确 性 不 仅 依 赖 于计 算 的 逻 辑 结 果 ， 取 决 于 还 获得 计 算 结 果 的时 间 的 正 确 性 。 在航 空 航 天 、 电信 、 造 、 防 制 同 等 领 域 ， 实 时 系统 有 着 强烈 的应 用 需 求 。实 时 处 理 和实 时 系 对 统 的研 究 和应 用 Ｔ 作 已 经 有 了相 当长 的历 史 ， 实 时 任 务 调 度 在 理 论 、 时 操作 系统 、 时 通 信 等 方 面取 得 了 大 量 成 果 。 其 巾 ， 实 实 实 时 任 务 调 度 理 论 是 实 时 处 理技 术 的核 心 和 键 。 经 典 的 实 时 调 度 理 论 对 单 处 理 器 上 的 周 期 性 硬 实 时 任 务 研 究 较 多［ 优 先级 驱 动 的 调度 方 法 是 实 时 调 度 方 法 和理 论 中 １ ｌ 。 最 重 要 的 一 类 方 法 ． 据 不 同 的 优 先 级 赋 值 策 略 ， 以 分 成 静 根 可 态 优 先 级 调 度 和 动 态 优 先 级 调 度 两 类 。 Ｌｕ Ｌ ｙ ｎ ｉ＆ ａｌ ｄ在 ｆ１ 提 ａ ２中
最早期限优先调度算法(EDF)实验报告材料
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u =∑(e i /P i )n i=1，d max =max 1≤i≤n{d i }以及P =lcm(P 1,…Pn )（这里的“lcm ”表示最小公倍数）。
定义ℎT (t)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：u >1或存在某个t <min{P +d max ,u1−u max 1≤i≤n{P i −d i }} 使得ℎT (t )>t（其中n 为任务集中任务的数量；e i 为任务T i 的执行时间；P i 为周期任务的周期；d i 为任务T i 的相对时间限；ℎT (t )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。
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一、引入 2、国内外研究概况
因为调度硬实时周期任务采用的调度算法的不同，可挪用时间及 其计算方法都不同，所以挪用法又可分为基于固定优先级和基于 动态优先级。 基于固定优先级：
e.g 由Lehoczky等人提出的OFP： 通过计算在一个超周期(hyperperiod)中每个任务的延迟时间 来得到最大的可挪用时间； 由何军等人提出的ODD等。 但是这类算法由于采用固定优先级调度算法，硬实时周期任务集 的最大允许负载较低，从而也延迟了软实时任务的响应时间。而 使用动态优先级调度算法时，负载最高可达100%，所以在相同
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一、引入 1、背景、目的及意义
从实时系统理论的发展来看，主要有以下几个方面： 有资源互斥的硬实时任务调度： 提出几种资源互斥协议来防止优先级反转和死锁问题， 并给出相应的可调度判定条件。 多处理器实时任务调度，前面的研究都是假定系统中只有 一个处理器，忽略实际复杂的因素，将注意力集中到调度算 法、资源访问控制和可调度性分析判定的基本原理上。这部 分将这些理论应用于包含多个处理器的实时系统中，并处理 在单处理器系统中未出现的问题。
优先级反转及其失控情况可能导致本来满足可调度性判定条件 的任务集出现错过截止期的情况。
另外，引入锁的机制还可能出现死锁的情况，不过其可以通 过规定必须按顺序给资源加锁来解决。
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一、引入 2、国内外研究概况
资源访问控制协议：为了克服上述问题而提出。
资源访问控制协议并不能消除优先级反转引起的阻塞，它只 是使得高优先级任务被阻塞的时间是可预测的，而不是失控 的。 NPCS(NonPreemitive Critical Protocol)协议： 不可抢占临界区协议，即当一个任务拥有某个互斥资源，那 么它的优先级比所有任务的优先级都高。故也防止了死锁。 但一个明显的缺点是，所有任务都会被其他请求某互斥资源 的较低优先级的作业所阻塞，即使它们之间不存在资源冲突。
的系统负载下基于动态优先级调度的可挪用时间较大。
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一、引入 2、国内外研究概况
基于动态优先级：
ISA算法，由涂刚等人提出的一种基于EDF的算法，并 证明了采用该算法可以达到软实时任务的最优响应时间。 然而，使用动态优先级调度时，周期任务集的最大可挪用时间计算 比较复杂，现有的算法多是近似计算，如Buttazzo的TB(N)算法、 Ripoll的EESS算法。
i.后台运行法：
在没有硬实时任务运行时轮流运行软实时任务，即把软实时任 务当作优先级最低的后台任务运行，实现简单，但响应时间十 分不理想。 ii.轮询服务器法： 增加一个用来执行软实时任务的周期任务，根据采用的某种硬 实时周期任务调度算法，确保把这个周期任务加入到已有的硬 实时周期任务集中仍然满足可调度条件。
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一、引入 2、国内外研究概况
当然，RM是基于这样一种比较理想的硬实时周期任务模型： i. 所有的任务都是周期任务 ii. 所有的任务都是不相关的，即它们没有共享资源 iii.所有任务都有一个固定的执行时间或最大执行时间 iv.所有任务的相对截止时间 都等于它们的周期 v. 所有任务都是可抢占的 vi.系统只有一个处理器 注：若iv不成立，则RM不是最优的固定优先级调度算法。这 事可采用另一种算法：时限单调(deadline monotonic)调度算 法DM，其按任务的相对时限来分配优先级：相对时限越短， 优先级越高。
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一、引入 2、国内外研究概况
失控的优先级反转：
在上述的情况下，如果这时再出现一个优先级介于这两个 任务之间的实时任务，那么这个实时任务就会抢占低优先 级的任务运行，这也间接阻塞了前面所提到的那个高优先 级任务，即使这个任务与那个高优先级任务之间是没有资 源相关的，但如果频繁出现这种优先级介于低优先级和高 优先级之间的实时任务，那么这个阻塞时间将一直延长， 且其长短是无法预测的，这种情况被认为是 失控的优先级 反转。
对于偶发任务的调度虽然也可采用上述的软实时任务的调度算法， 但是它们都不保证满足偶发任务的时限要求，而且也没给出关键的 可调度性判定条件。
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一、引入 2、国内外研究概况
资源访问控制
上述研究中的系统模型都假定各个实时任务之间是完全 不相关的，但是在实际的系统中有许多的公共资源，比 如消息队列、网络缓冲区和硬件设备，这些资源可以提 供给多个任务访问，但不能被多个任务同时访问。 在实时系统中考虑多个相关的实时任务调度并引入锁的机制 会导致优先级反转现象： 假如根据优先级驱动的调度算法安排一个高优先级的任 务运行，当这个任务访问一个互斥资源时，如果这个资 源已被另一个低优先级任务占用，那么这个高优先级的 任务将阻塞，而这个低优先级任务将运行，这显然违背 了调度算法本来的安排。
Research on the Earliest Deadline First Real-Time Scheduling Algorithm
最早截止期优先实时调度算法研究
内容要点
一、引入 1、背景、目的及意义 2、国内外研究概况 二、实时系统模型和EDF算法 1、实时系统模型
2、EDF实时调度算法
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一、引入 2、国内外研究概况
还有其他的动态优先级调度算法，e.g 最小空闲时间优先 （Least Slack Time First,LST）算法。
一个任务在t时刻的空闲时间等于： 截止时刻－ t －该任务的剩余执行时间
虽然LST也是具有最优性，但需随时监视所有就绪任务，运行 时的开销较大，且如果两个任务的空闲时间接近，很容易产生 调度的颠簸现象，所以实际使用中一般不适用。
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一、引入 1、背景、目的及意义
目前业界公认的已经成为工业标准的实时调度算法有两个： 最优固定优先级调度算法：单调速率调度算法RM 最优动态优先级调度算法：最早截止期优先调度算法EDF EDF不仅可调度硬实时周期任务，还可调度硬实时非周 期任务（偶发任务），且调度硬实时周期任务集时，周期 任务集总负载最大可达100%。 这篇论文主要就是分析该调度算法的性质，特别是最大 可挪用时间的性质和计算，及其在硬实时周期任务、偶发 任务、软实时任务的混合调度，资源访问控制等领域的应 用。通过改进混合调度算法和可调度性判定条件，来提高 处理器利用率。
当所有任务的资源需求都已知时，令拥有资源的任务以所 有请求该资源的任务的最高优先级执行，便可以改进该协 议（同样防止了死锁）。这就是Ada95的实时系统支持的 最高限度优先级协议（ceiling priority protocol)实际的工
软实时任务：不强制性要求在规定时限内完成，但若错过其截止 时期会导致系统性能下降。
e.g 银行业务、电话网交换机；
实时任务 还可分为 周期任务 和 非周期任务（亦称偶发任务）。
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一、引入 1、背景、目的及意义
从实时系统理论的发展来看，主要有以下几个方面： 硬实时周期任务的调度： 主要在单处理器且只存在多个独立硬实时周期任务的条件 下给出一种调度算法； 在保证硬实时周期任务的时限要求前提下，考虑偶发任务、 软实时任务的混合调度： 对软实时任务的调度目标：对软实时非周期任务，提高 它们的响应时间；对软实时周期任务，针对当错过截止期的 软实时任务数达到一定比例后也是不能接受的情况，提出了 保证一个软实时周期任务在任意连续m次任务中，至少有n次 任务在截止期限内完成的调度要求，并将能满足这种调度要 求的实时系统称为弱硬实时系统（e.g 实时网络传输）。 对偶发任务的调度目标：因为偶发任务也是硬实时任务， 故需满足它们的时限要求并给出可调度性判定条件。
1、访问控制协议 2、可调度判定条件 3、对比实验
六、总结
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一、引入 1、背景、目的及意义
在实时系统的理论研究中，按对计算完成时间的约束要求将 实时任务 分为 硬实时任务 和 软实时任务。
硬实时任务：规定时限内必须完成，否则会产生严重后果。 e.g 汽车的刹车制动系统任务、核反应堆的冷却系统任务；
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一、引入 2、国内外研究概况
软实时任务和偶发任务的调度 因为软实时任务允许运行时间错过截止期，所以其调度目标 是在保证满足硬实时周期任务的时限前提下，提高软实时任 务的响应时间。目前主要的调度算法有：
i. 后台运行法
ii. 轮询服务器法 iii. 挪用法
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一、引入 2、国内外研究概况
3、EDF调度算法的最优性 4、硬实时周期任务集的可调度性判定 三、最大可挪用时间 1、问题描述 2、最大可挪用时间的性质 3、可延迟时间逼近算法
4、仿真实验
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内容要点
四、硬实时周期任务和偶发任务混合调度
1、空闲时间分布 2、可挪用时间
3、空闲挪用时间判定算法
4、仿真实验
五、资源访问控制
这个周期任务作为一个轮询的服务器程序（polling server）， 它将按先来先服务的方式来运行软实时任务，当这个服务程 序的执行时间耗尽时就必须让出处理器直到下一轮再运行。
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一、引入 2、国内外研究概况
当该服务程序在某处轮询中发现没有软实时任务，如果简单的 放弃执行，挂起自己直到下一个周期，那么如果有马上到来的 软实时任务就会被延迟执行，而如果保留轮询程序的执行时间 预算，并在这段时间内有软实时任务到来时允许利用保留的带 宽运行，就可能缩短软实时任务的响应时间。 另外，关于如何保留这些未用完的带宽又可有 可延期服务器 （deferable server,DS）和 间发服务器（sporadic server,SS） 等算法。其中SS算法已经成为POXIC实时系统标准的一部分 (POXIC_SCHED_SPORADIC）。 采用带宽保留的轮询服务器法比后台运行法的响应时间更 好，但已被证明：即使再复杂的带宽保留算法也无法达到 最优的软实时任务的响应时间。