17、高级线程编程中的实时调度

高级线程编程中的实时调度

1. 实时编程概述

曾经，实时编程被视为一种神秘而罕见的技艺。实时程序员所从事的工作往往处于编程主流之外，例如控制核反应堆或飞机导航系统。不过，POSIX.1b 实时扩展将实时定义为“操作系统在有界响应时间内提供所需服务水平的能力”，这一概念同样适用于应用程序或库。

“有界”响应时间并不一定意味着“快速”响应，而是“可预测”的响应。必须有一种方法来定义一系列操作保证完成的时间跨度。像控制核反应堆的系统，其响应要求比大多数程序更为严格，未能满足这些要求的后果也更为严重。但实际上，很多代码都需要在“有界响应时间”内提供“所需服务水平”，实时编程意味着软件要在现实世界中发挥作用。

实时编程涵盖范围广泛，通常可分为两类：
-硬实时：这是大多数人所熟知的传统类型。例如，若燃料棒调整延迟一微秒核反应堆就会失控，或者导航系统对风切变的响应延迟半秒飞机就会坠毁，这就是硬实时。硬实时的要求极为苛刻，因为所需服务水平和有界响应时间由物理规律等不可改变的因素决定。
-软实时：意味着大部分时间需要满足调度要求，但未能按时完成的后果并不严重。许多与人类交互的系统应按照软实时原则设计。虽然人类的反应在计算机领域相对较慢，但对响应时间很敏感。如果用户在屏幕重绘时等待太久才能进行下一次鼠标点击，就会感到厌烦。大多数人期望响应至少是可预测的，即便不能很快。

线程在各类实时编程中都很有用，因为将操作分离后，编写可预测响应的代码会容易得多。例如，“用户输入函数”无需等待排序操作或屏幕更新操作，因为它可以独立执行。然而，要实现可预测性，仅将操作分离到不同线程是不够的，还需