数据结构设计
- 任务结构体：
定义一个结构体来表示任务，其中包含任务的具体函数指针、函数参数，以及表示任务优先级的字段。例如：
typedef struct task {
void (*func)(void*);
void *arg;
int priority;
struct task *next;
} task_t;
- 优先级队列：
使用优先队列（如堆）来存储任务。以最大堆为例，堆顶元素为优先级最高的任务。可以将上述
task_t 结构体数组作为堆的存储结构，并实现相应的堆操作函数，如插入（enqueue）和删除（dequeue）。
调度算法设计
- 基于优先级队列的调度：
从优先级队列（堆）中取出优先级最高的任务（堆顶元素）进行执行。每次任务执行完成后，重新调整堆结构，以保证堆顶始终为优先级最高的任务。
- 具体实现步骤：
- 插入任务：当有新任务到来时，按照其优先级插入到优先级队列（堆）中合适的位置，通过调整堆结构来维持堆的性质。
- 取出任务：从堆顶取出优先级最高的任务，执行该任务，并在任务执行完毕后，从堆中删除该任务，然后重新调整堆结构。
多线程环境下的正确性与高效性保证
- 互斥锁：
为优先级队列（堆）操作加上互斥锁，确保在多线程环境下对堆的插入和删除操作是线程安全的。例如，在
enqueue 和 dequeue 函数开始处加锁，结束处解锁。
pthread_mutex_t heap_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
void enqueue(task_t *new_task) {
pthread_mutex_lock(&heap_mutex);
// 插入任务到堆的操作
pthread_mutex_unlock(&heap_mutex);
}
task_t* dequeue() {
pthread_mutex_lock(&heap_mutex);
task_t *top_task = get_top_task();
// 从堆中删除堆顶任务并调整堆结构
pthread_mutex_unlock(&heap_mutex);
return top_task;
}
- 条件变量：
使用条件变量来通知等待任务的线程有新任务到来。当优先级队列为空时，工作线程进入等待状态，直到有新任务插入队列并通过条件变量唤醒。
pthread_cond_t task_cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
// 工作线程函数
void* worker(void *arg) {
while (1) {
pthread_mutex_lock(&heap_mutex);
while (heap_is_empty()) {
pthread_cond_wait(&task_cond, &heap_mutex);
}
task_t *current_task = dequeue();
pthread_mutex_unlock(&heap_mutex);
if (current_task) {
current_task->func(current_task->arg);
free(current_task);
}
}
return NULL;
}
防止饥饿问题
- 老化机制：
为任务设置一个老化计数器，随着时间推移或任务等待时间增加，逐步提升其优先级。例如，每隔一段时间（通过定时器或特定的调度周期），检查所有等待任务的等待时间，若超过一定阈值，则适当提高其优先级。
- 公平调度策略：
除了严格按照优先级调度任务外，引入一定的公平性机制。例如，为每个优先级设置一个执行配额，在每个调度周期内，每个优先级的任务至少有机会执行一定次数，确保低优先级任务不会长时间得不到执行。
