deadline调度器之(一):原理

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2018-03-28

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deadline调度器之(一):原理

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deadline调度器之(一):原理作者:发布于:2018-1-3119:20分类:一、概述实时系统是这样的一种计算系统:当事件发生后,它必须在确定的时间范围内做出响应。

在实时系统中,产生正确的结果不仅依赖于系统正确的逻辑动作,而且依赖于逻辑动作的时序。 换句话说,当系统收到某个请求,会做出相应的动作以响应该请求,想要保证正确地响应该请求,一方面逻辑结果要正确,更重要的是需要在最后期限(deadline)内作出响应。 如果系统未能在最后期限内进行响应,那么该系统就会产生错误或者缺陷。 在多任务操作系统中(如Linux),实时调度器(realtimescheduler)负责协调实时任务对CPU的访问,以确保系统中的所有的实时任务在其deadline内完成。

如果对实时任务进行抽象,那么它需要三个元素:周期(period),运行时间(runtime)和最后期限(deadline)。 Deadline调度器正是利用了这一点(指对实时任务完美的抽象),允许用户来指定该任务的具体需求,从而使系统能够做出最好的调度决策,即使在负载很高的系统中也能保证实时任务的调度。 二、Linux系统中的实时调度器实时任务和非实时任务(或者普通任务)的区别是什么?实时任务有deadline,超过deadline,将不能产生正确的逻辑结果,非实时任务则没有这个限制。 为了满足实时任务的调度需求,Linux提供了两种实时调度器:POSIXrealtimescheduler(后文简称RT调度器)和deadlinescheduler(后文简称DL调度器)。

RT调度器有两种调度策略:FIFO(first-in-first-out)和RR(round-robin)。 无论FIFO还是RR,RT调度器都是根据任务的实时优先级(Linux进程描述符中的rt_priority成员)进行调度。

最高优先级的任务将最先获得CPU资源。

在实时理论中,这种调度器被归类为固定优先级调度器(fixed-priorityscheduler,即每一个rt任务都固定分配一个优先级)。 当实时优先级不同的时候,FIFO和RR没有什么不同,只有在两个任务具有相同优先级的时候,我们才可以看出FIFO和RR之间的区别。

对于FIFO调度器,最先进入runnable状态的任务将首先获取CPU资源,并且一直占用该资源,直到该进程进入睡眠状态。 而对于RR调度器,具有相同优先级的任务将以轮流执行的方式共享处理器资源。

当某个RR任务开始运行后,如果该任务不会阻塞,那么它将一直运行,直到分配给该任务的时间片到期。 当时间片用完,调度器将把该任务放在任务链表的末端(注意,只有相同优先级的任务才会放到一个链表中,不同优先级在不同的链表中),并从任务链表中选择下一个任务去执行。 和RT调度器不同,DL调度器是按照任务的deadline进行调度的(从名字也看的出来,哈哈)。 当产生一个调度点的时候,DL调度器总是选择其Deadline距离当前时间点最近的那个任务并调度它执行。 调度器总是根据任务的配置参数进行调度,对于RT调度器而言,用户需要配置任务的调度策略(FIFO或者RR)和那个固定的实时优先级。

例如:chrt-f10video_processing_tool通过上面的命令,video_processing_tool任务会归于RT调度器管理,其实时优先级是10,调度策略是FIFO(-f参数)对于DL调度器,用户需要设定三个参数:周期(period)、运行时间(runtime)和最后期限(deadline)。 周期和该实时任务的工作模式相关。 例如:对于一个视频处理任务,它的主要的工作是每秒钟处理60帧的视频数据,即每16毫秒需要处理每一帧视频,因此,该任务的周期就是16ms。 对于实时任务,一个周期内总是有固定的“工作”要做,例如在视频任务中,所谓的工作就是对一帧视频数据进行处理,Runtime是完成这些“工作”需要的CPU执行时间,即在一个周期中,需要CPU参与运算的时间值。

在设定运行时间参数的时候我们不能太乐观,runtime在设定的时候必须考虑最坏情况下的执行时间(worst-caseexecutiontime,WCET)。

例如,在视频处理中,各个帧的情况可能不太一样(一方面帧间的相关性不同,另外,即便是针对一帧数据,其图像像素之间的相关性也不同),有些会耗时长一些,有些会短一些。 如果处理时间最长的那帧视频需要5毫秒来处理,那么它的runtime设定就是五毫秒。 最后我们来说说Deadline参数。

在一个实时任务的工作周期内,deadline定义了处理完成的结果必须被交付的最后期限。

我们还是以上面的视频处理任务为例,在一个视频帧的处理周期中(16ms),如果该任务需要在该周期的前10毫秒内把处理过的视频帧传送给下一个模块,那么deadline参数就是10毫秒。

为了达到这个要求,显然在该周期的前10ms就必须完成一帧数据的处理,即5ms的runtime必须位于该周期的前10ms时间范围内。 通过chrt命令我们可以设定deadline调度参数,例如:上面的视频任务可以这样设定:。

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