面试题答案
一键面试需考虑的额外因素
- 硬件特性：
- 核间通信延迟：不同核之间传递数据存在延迟，实时进程若需跨核通信，此延迟会影响响应时间。例如在多芯片模块（MCM）系统中，核间通信通过片间总线，延迟较大。
- 缓存一致性：多核共享缓存，实时进程数据在不同核缓存中的一致性维护，会影响进程运行效率。如写操作后需确保其他核缓存数据及时更新，否则可能读取到旧数据。
- 硬件资源竞争：多个实时进程可能竞争内存带宽、I/O设备等硬件资源，例如高速网络接口，可能因多个实时进程同时访问而产生拥塞。
- 进程特性：
- 任务类型：区分硬实时任务（错过截止时间会带来严重后果，如自动驾驶系统中的紧急制动控制任务）和软实时任务（错过截止时间影响性能但不造成严重危害，如多媒体播放中的音频流处理任务），调度策略需区别对待。
- 执行时间：需准确预估实时进程的执行时间，以便合理分配资源和安排调度顺序。例如工业控制中的实时监测任务，每个采样周期内的处理时间应相对稳定且可预测。
- 截止时间：每个实时进程都有明确截止时间，调度算法要确保进程在截止时间前完成，如航空电子系统中的飞行控制指令处理，必须在规定时间内完成以保证飞行安全。
- 操作系统层面：
- 调度开销：调度算法本身执行需要时间，在多核系统中，调度操作涉及核间协调，开销更大，需优化调度算法以减少开销。例如频繁的进程上下文切换会消耗大量CPU时间。
- 内核抢占：允许高优先级实时进程抢占低优先级进程的执行，确保实时进程能及时获得CPU资源。但需处理好内核数据结构的保护，避免抢占导致数据不一致。
- 同步机制：实时进程间可能存在同步需求，如生产者 - 消费者模型，需高效同步机制（如无锁数据结构、自旋锁等），减少同步开销并避免死锁。
调度策略设计
- 基于优先级的调度：
- 固定优先级调度：根据实时进程任务的紧急程度分配固定优先级，如硬实时任务优先级高于软实时任务。调度器总是选择优先级最高的可运行进程在核上执行。例如在医疗监护系统中，生命体征监测任务优先级高于数据记录任务。
- 动态优先级调度：优先级根据进程运行状态动态调整，如接近截止时间的进程优先级提高。在视频流处理中，临近视频帧显示截止时间的编码进程优先级升高。
- 分区调度：
- 静态分区：将多核系统的核划分为不同区域，每个区域专门负责调度特定类型或特定优先级范围的实时进程。例如，一部分核专门处理硬实时任务，另一部分处理软实时任务，减少不同类型任务间的干扰。
- 动态分区：根据实时进程的负载情况动态调整核的分区。如某段时间硬实时任务增多，动态增加处理硬实时任务的核数。
- 公平调度：
- 时间片轮转与优先级结合：为每个实时进程分配一定时间片，时间片结束后重新调度。同时，结合优先级，高优先级进程优先获得时间片且时间片可适当延长。在多媒体播放与后台系统监控共存的场景中，多媒体播放实时进程优先级高，时间片长，保证流畅播放。
- 公平资源分配：确保每个实时进程按其需求比例获得资源，如CPU时间、内存带宽等。在云计算环境中多个实时租户应用，按租户预订资源比例分配资源。
- 预调度与预留：
- 预调度：提前分析实时进程的执行模式和资源需求，在合适时机预先调度进程到特定核上，减少运行时调度开销。例如周期性实时进程，可在每个周期开始前预先调度。
- 资源预留：为关键实时进程预留一定比例的资源（如CPU时间、内存空间），确保其在任何情况下都能获得足够资源满足截止时间要求。如军事通信系统中关键通信任务的资源预留。