面试题：进程管理之高级难度：实时系统调度策略冲突处理

Question

假设在一个实时系统中同时使用了最早截止时间优先（EDF）和固定优先级调度两种策略，当出现调度策略冲突时（即两种策略对进程调度顺序产生分歧），你会如何设计一个有效的冲突解决机制？请详细阐述设计思路及具体实现步骤。

Answer 1

设计思路

1. 评估任务特性：了解不同任务的重要性、执行周期、资源需求等特性。例如，一些关键任务即使截止时间较晚，但因其对系统功能的重要性，可能需要更高优先级。
2. 设置权重：为EDF和固定优先级调度各自分配权重。根据系统需求，确定哪种调度策略在不同场景下应占据主导地位。比如，对于对时间极其敏感的实时任务，EDF权重可设高；对于关键业务逻辑相关任务，固定优先级权重设高。
3. 动态调整：考虑系统运行状态，如系统负载、资源使用情况等，动态调整权重或直接切换调度策略。例如，当系统负载较轻时，可更多依赖EDF以充分利用资源；当负载较重，优先保证关键任务执行，采用固定优先级调度。

具体实现步骤

1. 任务分类与标注
   • 对所有任务进行分类，标记出关键任务（如涉及安全、核心业务等）和时间敏感任务（具有严格截止时间）。
   • 为每个任务添加属性字段，记录其优先级（固定优先级调度使用）和截止时间（EDF使用）。
2. 权重设置与管理
   • 创建一个配置文件或系统参数，用于设置EDF和固定优先级调度策略的初始权重。
   • 设计一个权重调整模块，根据系统状态（如CPU使用率、内存使用率等），按照预定的算法动态调整权重。例如，若CPU使用率超过80%，增加固定优先级调度策略的权重。
3. 调度算法融合
   • 在调度器中，创建一个冲突检测模块。每次调度任务前，检查EDF和固定优先级调度两种策略给出的任务顺序是否一致。
   • 若出现冲突，计算每个任务基于两种策略的综合得分。例如，任务得分 = EDF得分 * EDF权重 + 固定优先级得分 * 固定优先级权重 。
   • 根据综合得分对任务重新排序，选择得分最高的任务执行。
4. 策略切换机制
   • 设定策略切换的阈值条件。例如，当系统连续一段时间内负载过高，且关键任务因EDF策略未及时执行出现问题时，直接切换到固定优先级调度策略。
   • 实现策略切换逻辑，确保在切换过程中任务状态的正确保存与恢复，避免数据丢失或任务异常。同时，记录策略切换的相关信息，以便后续分析和优化。