第十章—多處理器和實時調度【計算機操作系統】

10.1 列出並簡單定義五種不同級別的同步粒度。

細粒度:單指令流中固有的並行;

中等粒度:在一個單獨應用中的並行處理或多任務處理;

粗粒度:在多道程序環境中併發進程的多處理;

非常粗粒度:在網絡節點上進行分佈處理,以形成一個計算環境;

無約束粒度:多個無關進程。

10.2 列出並簡單定義線程調度的四種技術。

加載共享:進程不是分配到一個特定的處理器,而是維護一個就緒進程的全局隊列,每個處理器只要空閒就從隊列中選擇一個線程。這裏使用術語加載共享來區分這種策略和加載平衡方案,加載平衡是基於一種比較永久的分配方案分配工作的。

組調度:一組相關的線程基於一對一的原則,同時調度到一組處理器上運行。

專用處理器分配:在程序執行過程中,每個程序被分配給一組處理器,處理器的數目與程序中的線程的數目相等。當程序終止是,處理器返回到總的處理器池中,可供分配給另一個程序。

動態調度:在執行期間,進程中線程的數目可以改變。

10.3 列出並簡單定義三種版本的負載分配。

先來先服務(FCFS):當一個作業到達時,它的所有線程都被連續地放置在共享隊列末尾。當一個處理器變得空閒時,它選擇下一個就緒線程執行,直到完成或阻塞。

最少線程數優先:共享就緒隊列被組織成一個優先級隊列,如果一個作業包含的未調度線程數目最少,則給它指定最高的優先級。具有同等優先級的隊列按作業到達的順序排隊。和FCFS一樣,被調度的線程一直運行到完成或阻塞。

可搶佔的最少線程數優先:最高的的優先級給予包含的未被調度的線程數目最少的作業。剛到達的作業如果包含的線程數目少於正在執行的作業,它將搶佔屬於這個被調度作業的線程。

10. 硬實時任務和軟實時任務有什麼區別?

硬實時任務指必須滿足最後期限的限制,否則會給系統帶來不可接受的破壞或者致命的錯誤。

軟實時任務也有一個與之相關聯的最後期限,並希望能滿足這個期限的要求,但是這並不是強制的,即使超過了最後期限,調度和完成這個任務仍然是有意義的。

10.5 週期性實時任務和非週期性實時任務有什麼區別?

非週期任務有一個必須結束或開始的最後期限,或者有一個關於開始時間和結束時間的約束。而對於週期任務,這個要求描述成“每隔週期T一次”或“每隔T個單位”。

10.6 列出並簡單定義對實時操作系統的五方面的要求。

可確定性:在某中程度上是指它可以按固定的、預先確定的時間或時間間隔執行操作。

可響應性:它關注的是在知道中斷之後操作系統未中斷提供服務的時間

用戶控制:用戶應該能夠區分硬實時任務和軟實時任務,並且在每一類中確定相對優先級。實時系統還允許用戶指定一些特性,例如使用分頁還是進程交換、哪一個進程必須常駐主存、使用何種磁盤算法、不同的優先級的進程各有哪些權限等。

可靠性 :可靠性必須提供這樣一種方式,以繼續滿足實時最後期限。

故障弱化操作:故障弱化操作指系統在故障時儘可能多的保存其性能和數據的能力

10.7 列出並簡單定義四類實時調度算法。

靜態表驅動法:執行關於可行調度的靜態分析。分析的結果是一個調度,它用於確定在運行時一個任務何時必須開始執行。

靜態優先級驅動搶佔法:同樣,執行一個靜態分析,但是沒有制定調度,而且用於給任務指定優先級,使得可以使用傳統的優先級驅動的搶佔式調度器。

基於動態規劃調度法:在運行是動態地確定可行性,而不是在開始運行前離線的確定(靜態)。一個到達的任務,只有當能夠滿足它的時間約束時,纔可以被接受執行。可行性分析的結果是一個調度或規劃,可用於確定何時分派這個任務。

動態盡力調度法:不執行可行性分析。系統試圖滿足所有的最後期限,並終止任何已經開始運行但錯過最後期限的進程。

10.8 關於一個任務的哪些信息在實時調度是非常有用?

就緒時間:任務開始準備執行的時間。對於重複或週期性的任務,這實際上是一個事先知道的時間序列。而對於非週期性的任務,或者也事先知道這個時間,或者操作系統僅僅知道什麼時候任務真正就緒。

啓動最後期限:任務必須開始的時間。

完成最後期限:任務必須完成的時間。典型的實時應用程序或者有啓動最後期限,或者有完成最後期限,但不會兩者都存在。

處理時間:從執行任務直到完成任務所需的時間。在某些情況下,可以提供這個時間,而在另外一些情況下,操作系統度量指數平均值。其他調度系統沒有使用這個信息。

資源需求:任務在執行過程中所需的資源集合(處理器以外的資源)。

優先級:度量任務的相對重要性。硬實時任務可能具有絕對的優先級,因爲如果錯過最後期限則會導致系統失敗。如果系統無論如何也要繼續運行,則硬實時任務和軟實時任務可以被指定相關的優先級,以指導調度器。

子任務結構:一個任務可以分解成一個必須執行的子任務和一個可選的子任務。只有必須執行的子任務擁有硬最後期限。

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