文档介绍：该【实时系统中阻塞的减少技术 】是由【科技星球】上传分享，文档一共【24】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【实时系统中阻塞的减少技术 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。1/30实时系统中阻塞的减少技术第一部分临界区缩减的思想 2第二部分优先级继承与优先级天花板 5第三部分无优先级倒置的优先级继承 7第四部分多队列调度算法的应用 10第五部分基于优先级的时钟中断机制 12第六部分静态优先级分配策略的优化 15第七部分事件驱动体系结构的合理设计 18第八部分异步通信与消息传递的使用 203/,将临界区范围缩小到仅包含必须受保护的共享资源,从而减少阻塞等待。,将临界区按照层次结构进行划分,不同层次的锁可以并行获取,提高并发性。,区分读和写操作的临界区,允许多个读者同时访问临界区,避免写操作导致所有读操作阻塞。,推迟获取临界区锁的时机,只在绝对必要时才加锁,减少由于不必要的锁竞争造成的阻塞。,假设临界区不会出现竞争,仅在实际发生冲突时才进行锁获取,避免不必要的阻塞。,如无锁数据结构或自旋锁,避免传统锁机制带来的阻塞问题。,避免形成环形等待,导致死锁。,为锁请求设置超时机制,防止死锁的发生。,当检测到死锁时,回滚或中断涉及死锁的进程,恢复系统状态。,优先级更高的任务优先获取锁,减少低优先级任务的阻塞时间。,当高优先级任务进入临界区时,继承其持有的锁的优先级,避免低优先级任务长时间阻塞高优先级任务。,确保所有任务都有公平的机会访问临界区,防止优先级较低的任务长期饥饿。,最大程度减少高优先级任务的等待时间。,确保数据在抢占发生时的一致性,避免抢占导致系统崩溃或数据损坏。,限制高优先级任务抢占的范围,防止系统因频繁抢占而产生不稳定的情况。3/,避免低优先级任务被无限期阻塞。,防止低优先级任务无限期持有高优先级任务所需的资源,导致系统瘫痪。,根据任务特性和系统需求进行选择性调度,实现阻塞的最小化和资源利用的优化。临界区缩减的思想在实时系统中,临界区是指一个需要独占访问共享资源的代码段。临界区的长度与系统响应时间的可预测性成反比。因此,减少临界区的大小对于降低阻塞和提高系统实时性至关重要。临界区缩减的思想基于以下原则::将大型共享资源分解为更小的独立资源单元,每个单元可以由多个任务并发访问,从而减少对单个临界区的竞争。:使用细粒度的锁,仅锁定共享资源的必要部分,而不是整个资源。这可以允许多个任务同时访问共享资源的不同部分。:嵌套临界区会导致死锁,并增加阻塞的可能性。通过重新组织代码和使用替代机制(如优先级继承),可以避免嵌套临界区。:使用非阻塞同步机制,如自旋锁或无锁数据结构,可以消除任务等待锁释放的阻塞。:4/30采用抢占式调度算法,允许高优先级任务抢占低优先级任务,即使后者正在访问临界区。这可以减少低优先级任务占用的临界区时间。:当低优先级任务进入临界区时,其优先级继承锁持有者的优先级。这确保了高优先级任务可以快速抢占低优先级任务,减少阻塞。:采用优先级反转预防机制,防止低优先级任务无限期阻塞高优先级任务。这可以通过动态调整任务优先级或使用优先级天花板协议来实现。:使用消息传递机制,允许任务异步通信,无需访问共享资源。这可以减少对临界区的竞争。:延迟临界区操作,直到任务绝对需要访问共享资源时。这可以减少临界区被占用的时间。:利用局部共享,在任务之间共享数据,无需使用全局共享资源。这可以减少对临界区的竞争。通过采用这些原则,可以有效地缩小临界区的范围,减少阻塞,提高实时系统的响应时间和可预测性。6/30第二部分优先级继承与优先级天花板优先级继承优先级继承是一种阻塞减少技术,当一个低优先级任务被一个高优先级任务阻塞时,低优先级任务将暂时继承高优先级任务的优先级。这种机制确保了高优先级任务可以无延迟地执行,从而避免了阻塞。优先级继承的运作方式当一个低优先级任务被一个高优先级任务阻塞时,以下步骤将发生:。,不受高优先级任务的阻塞。,低优先级任务恢复其原始优先级。优先级继承的优点*避免了优先级反转,确保高优先级任务总是优先执行。*减少了系统阻塞,提高了响应时间。*简化了任务调度,因为调度器不必考虑阻塞情况。优先级天花板优先级天花板是一种与优先级继承相关的补充技术,它限制了一个任务可以继承的最高优先级。优先级天花板确保了即使低优先级任务继承了高优先级任务的优先级,也不会超过系统中允许的最高优先级。优先级天花板的运作方式当一个低优先级任务被一个高优先级任务阻塞时,以下步骤将发生:,但最高只能继承到优6/30先级天花板。,不受高优先级任务的阻塞。,低优先级任务恢复其原始优先级。优先级天花板的优点*防止了优先级无限提升,确保系统中的优先级等级有序。*提高了系统稳定性,因为高优先级任务不会被低优先级任务无限期地阻塞。*减少了死锁的可能性,因为任务无法继承比自身优先级更高的优先级。优先级继承和优先级天花板的应用优先级继承和优先级天花板通常用于实时系统中,其中任务的及时性和可靠性至关重要。它们特别适用于:*资源管理:当多个任务需要访问共享资源时,优先级继承可以防止低优先级任务长时间阻塞高优先级任务。*中断处理:中断处理任务通常具有高优先级,而优先级继承确保了中断可以立即得到处理。*设备驱动程序:设备驱动程序经常与低优先级任务交互,优先级继承可以防止这些任务阻塞设备驱动程序。结论优先级继承和优先级天花板是实时系统中用于减少阻塞的有效技术。它们通过确保高优先级任务始终优先执行,从而提高了系统的响应时7/30间和可靠性。在资源受限的环境中,这些技术对于创建满足严格实时约束的系统至关重要。第三部分无优先级倒置的优先级继承关键词关键要点优先级继承-优先级继承是一种动态调整任务优先级的方法,可以减少阻塞。-当一个低优先级任务阻塞了一个高优先级任务时,低优先级任务的优先级将被暂时提升到高优先级任务的优先级。-这种机制确保了高优先级任务不会被低优先级任务无限期阻塞,从而提高了系统的响应时间。递归优先级继承-递归优先级继承是一种优先级继承的扩展,可以解决嵌套阻塞问题。-当一个任务阻塞了一个高优先级任务时,所有被该任务直接或间接阻塞的任务的优先级都会被提升。-通过防止优先级倒置,递归优先级继承可以进一步提高系统的响应时间。优先级上限-优先级上限是一个静态定义的优先级,它限制了任务的优先级可以被提升到的最高级别。-优先级上限用于防止低优先级任务无限期地阻塞高优先级任务。-通过对优先级提升进行限制,优先级上限有助于维护系统的稳定性。优先级天花板-优先级天花板是一种动态定义的优先级,它限制了任务的优先级可以被提升到的最高级别。-优先级天花板根据系统中当前的阻塞情况进行调整。-通过限制优先级提升的范围,优先级天花板有助于防止优先级倒置和系统不稳定。优先级反转-优先级反转是一种可能导致优先级倒置的情况,当一个8/30低优先级任务阻塞了一个高优先级任务时发生。-优先级反转可以通过优先级继承、递归优先级继承和优先级天花板等技术来解决。-避免优先级反转至关重要,因为它会严重影响系统的响应时间。实时锁-实时锁是一种专门设计用于实时系统的锁机制。-实时锁通过优先级继承或其他机制作用来减少阻塞。-通过限制锁定的时间并确保高优先级任务优先访问资源,实时锁有助于提高系统性能和响应时间。无优先级倒置的优先级继承简介优先级继承是一种实时系统中避免优先级倒置的机制。优先级倒置是指低优先级任务被高优先级任务阻塞,从而导致系统响应延迟的情况。无优先级倒置的优先级继承通过临时提升阻塞任务的优先级,解决了这一问题。机制无优先级倒置的优先级继承机制如下:,阻塞任务的优先级将被临时提升到与高优先级任务相同的级别。,直到它不再阻塞高优先级任务为止。,其优先级将恢复到原始级别。优势无优先级倒置的优先级继承技术具有以下优势:9/30*避免优先级倒置:通过临时提升阻塞任务的优先级,可以防止低优先级任务阻塞高优先级任务,从而避免了优先级倒置。*提高系统响应能力:通过消除优先级倒置,可以提高系统的响应能力,确保高优先级任务能够及时得到执行。*支持嵌套阻塞:该技术支持嵌套阻塞,即低优先级任务可以阻塞多个高优先级任务,而不会导致系统死锁。实现无优先级倒置的优先级继承机制可以通过以下方式实现::系统需要维护一个任务优先级列表,其中包含所有任务的当前优先级。:当一个高优先级任务被低优先级任务阻塞时,系统需要检测到这一事件。:一旦检测到阻塞事件,系统应将阻塞任务的优先级临时提升到与高优先级任务相同的级别。:当阻塞任务不再阻塞高优先级任务时,系统应将阻塞任务的优先级恢复到原始级别。注意事项使用无优先级倒置的优先级继承技术时,需要考虑以下注意事项:*优先级反转:提升阻塞任务的优先级可能会导致优先级反转,即低优先级任务获得比高优先级任务更高的优先级。*实时性:提升阻塞任务的优先级可能会影响系统的实时性,因为低优先级任务可能会执行更长时间。10/30*死锁:如果存在嵌套阻塞,并且系统处理阻塞事件不当,可能会导致死锁。总结无优先级倒置的优先级继承是一种有效的机制,可以防止优先级倒置并提高实时系统的响应能力。通过临时提升阻塞任务的优先级,该机制消除了低优先级任务阻塞高优先级任务的情况,确保了系统的可靠性和可预测性。然而,在使用该机制时,需要考虑其潜在的注意事项,以避免优先级反转、影响实时性或导致死锁。第四部分多队列调度算法的应用关键词关键要点【多队列调度算法的应用】:,并针对每个队列采用不同的调度策略。,因为高优先级的任务可以优先调度,避免因低优先级任务阻塞而延迟。,通过合理划分队列和制定针对性的调度策略,可以提高系统吞吐量和响应时间。【基于优先级的多队列调度】:多队列调度算法的应用引言阻塞是实时系统中一个常见且代价高昂的问题。阻塞发生在任务等待共享资源(例如处理器或内存)可用时。在多任务实时系统中,任务争用共享资源,导致不可预测的延迟和潜在的系统故障。因此,至关重要的是采用技术来减少阻塞以提高系统性能和可靠性。