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第一章 典型实时应用1

1.1 数字控制1

目录1

1.1.1 采样数据系统2

1.1.2 更复杂的控制规律计算7

1.2 高层控制8

1.2.1 控制层次举例8

1.2.2 制导和控制10

1.2.3 实时命令与控制11

1.3.1 处理带宽要求12

1.3 信号处理12

1.3.2 雷达系统13

1.4 其他实时应用17

1.4.1 实时数据库17

1.4.2 多媒体应用18

1.5 小结21

第二章 强实时系统与弱实时系统22

2.1 作业与处理器22

2.2 释放时间、时限和定时约束22

2.3.1 常用定义23

2.3 强定时约束与弱定时约束23

2.3.2 强定时约束与时间服务质量保证24

2.4 强实时系统25

2.4.1 要求确保定时的几个理由25

2.4.2 进一步讨论强定时约束26

2.5 弱实时系统27

2.6 小结27

第三章 实时系统参考模型29

3.1 处理器和资源29

3.2 实时系统工作负荷的时间参数31

3.2.1 固定的、抖动的和偶发的释放时间32

3.2.2 执行时间33

3.3 周期性任务模型34

3.3.1 周期、执行时间和周期任务的阶段34

3.3.2 非周期的与偶发的任务36

3.4 优先约束和数据依赖36

3.4.1 前趋图和任务图37

3.4.2 数据依赖38

3.5 其他类型的依赖关系39

3.5.1 时间依赖关系39

3.5.2 AND/OR优先约束39

3.5.3 条件分支40

3.5.4 流水线关系41

3.6 功能参数41

3.6.1 作业的抢占性41

3.6.2 作业的关键程度42

3.6.3 可选执行43

3.6.4 松弛类型和松弛函数43

3.7 作业的资源参数以及资源的参数44

3.7.1 资源的抢占性44

3.8 调度等级45

3.7.2 资源图45

3.8.1 调度程序和调度46

3.8.2 可行性、优化和性能度量46

3.8.3 调度程序之间的交互48

3.9 小结48

3.9.1 应用系统的特征化49

3.9.2 支撑系统的特征化50

3.9.3 调度程序50

习题51

4.1 时钟驱动调度方法52

4.2 加权的轮转调度方法52

第四章 常用的实时调度方法52

4.3 优先级驱动方法54

4.4 动态系统与静态系统56

4.5 有效释放时间与时限56

4.6 EDF和LST算法的最优性58

4.7 EDF和LST算法的非最优性60

4.8 优先级驱动系统中验证定时约束的困难61

4.8.1 优先级驱动系统的反常行为62

4.8.2 执行的可预知性63

4.8.3 验证算法及其性能65

4.9 脱机调度与联机调度66

4.10 小结70

习题70

第五章 时钟驱动调度73

5.1 符号表示与假设73

5.2 静态定时器驱动调度程序73

5.3 循环调度的通用结构75

5.3.1 帧与主循环75

5.3.2 帧长约束76

5.3.3 作业片77

5.4 循环执行程序78

5.5 改善非周期作业的平均响应时间79

5.5.1 空闲挪用80

5.5.2 平均响应时间81

5.6 调度偶发作业83

5.6.1 接受测试83

5.6.2 已接受作业的EDF调度84

5.6.3 接受测试的实现86

5.6.4 循环EDF算法的最优性88

5.7 关于实际情况的考虑与一般化89

5.7.1 处理帧超时运行89

5.7.2 模式转换90

5.7.3 通用工作负荷与多处理器调度92

5.8 构建静态调度的算法93

5.8.1 调度可抢占的独立任务93

5.8.2 后处理96

5.9 时钟驱动调度的优、缺点96

5.10 小结97

习题98

第六章 周期任务的优先级驱动调度100

6.1 静态假设100

6.2.1 速率单调（Rate-Monotonic）和时限单调（Deadline-Monotonic）算法102

6.2 固定优先级算法与动态优先级算法102

6.2.2 常用的动态算法104

6.2.3 相关特性105

6.3 最大可调度利用率107

6.3.1 EDF算法的可调度利用率107

6.3.2 EDF算法的可调度性测试110

6.4 RM和DM算法的最优性111

6.5 具有又短响应时间的固定优先级任务的可调度性测试112

6.5.1 临界时刻113

6.5.2 时间需求分析115

6.5.3 时间需求分析的替代者118

6.6 具有任意响应时间的固定优先级任务的可调度性测试119

6.6.1 繁忙区间119

6.6.2 通用可调度性测试120

6.6.3 通用可调度性测试的正确性122

6.7 RM和DM算法可调度性的充分条件124

6.7.1 Di=Pi时任务RM算法的可调度利用率124

6.7.2 定理6.1 1的证明125

6.7.3 作为任务参数函数的RM算法的可调度利用率129

6.7.4 具有任意相对时限的固定优先级任务的可调度利用率132

6.7.5 多帧任务的RM算法的可调度利用率133

6.8.1 不可抢占性135

6.8 实际因素135

6.8.2 自挂起138

6.8.3 任务切换139

6.8.4 受限的优先级级别140

6.8.5 Tick调度141

6.8.6 固定优先级系统中的优先级变化144

6.8.7 分层调度的周期任务的可调度性测试150

6.9 小结151

6.9.1 可调度性的充分条件152

6.9.3 实际因素的影响153

6.9.2 固定优先级系统可调度性的充分必要测试153

习题154

第七章 优先级驱动系统中调度非周期作业与偶发作业161

7.1 假定与方法161

7.1.1 目标、正确性和最优性161

7.1.2 可选择的方法163

7.2 可延期的服务器166

7.2.1 可延期服务器的操作166

7.2.2 包含可延期的服务器的固定优先级系统的可调度性168

7.2.3 具有可延期服务器的时限驱动系统的可调度性172

7.3 偶发服务器173

7.3.1 固定优先级系统中的偶发服务器174

7.3.2 固定优先级偶发服务器的改进178

7.3.3 时限驱动系统中的简单偶发服务器184

7.4 常量利用率、总带宽以及加权公平排队服务器185

7.4.1 时限驱动系统中偶发作业的可调度性186

7.4.2 常量利用率服务器算法188

7.4.3 总带宽服务器算法190

7.4.4 公平性与饥饿192

7.4.5 可抢占的加权公平排队算法195

7.5 时限驱动系统中的空闲挪用200

7.5.1 静态空闲计算201

7.5.2 实用考虑206

7.5.3 动态空闲计算207

7.6 固定优先级系统中的空闲挪用209

7.6.1 优化准则和设计的考虑209

7.6.2 固定优先级系统中的静态空闲计算211

7.6.3 调度非周期性作业214

7.7 偶发作业的调度215

7.7.1 时限驱动系统中的简单接受测试215

7.7.2 时限驱动系统中基于空闲计算的接受测试218

7.7.4 周期性、偶发和非周期性任务调度的集成222

7.7.3 固定优先级系统中的简单接受测试222

7.8 具有弱定时约束作业的实时性能223

7.8.1 流量模型223

7.8.2 带宽保留服务器算法的性能225

7.9 集成调度的两级方案227

7.9.1 概述和术语227

7.9.2 可预知应用程序的调度228

7.9.3 不可预知应用程序的调度230

7.10.1 非周期性作业的调度算法231

7.10 小结231

7.10.2 偶发作业的调度算法232

7.10.3 具有弱时限的偶发作业的调度232

7.10.4 周期性任务、偶发任务和非周期性任务的集成调度233

习题233

第八章 资源与资源访问控制240

8.1 与资源及其使用相关的假设240

8.1.1 互斥与临界区的执行240

8.1.2 资源冲突与阻塞241

8.2 资源竞争与资源访问控制的作用243

8.2.1 优先级逆转、定时异常与时限243

8.2.2 附加术语、符号与假设244

8.3 不可抢占的临界区246

8.4 基本的优先级继承协议247

8.4.1 基本的优先级继承协议的定义248

8.4.2 优先级继承协议的特性250

8.5 基本的优先级最高限度协议251

8.5.1 基本的优先级最高限度协议的定义252

8.5.2 优先级继承协议与优先级最高限度协议之间的差异254

8.5.3 使用优先级最高限度协议避免死锁254

8.5.4 阻塞的持续时间256

8.5.5 固定优先级调度与优先级最高限度协议259

8.6 基于栈的优先级最高限度（最高限度优先级）协议261

8.6.1 共享栈优先级最高限度协议的动机和定义261

8.6.2 最高限度优先级协议的定义263

8.6.3 阻塞时间与关联切换开销263

8.7 动态优先级系统中优先级最高限度协议的使用264

8.7.1 动态优先级系统中优先级最高限度协议的实现264

8.7.2 阻塞持续时间266

8.7.3 作业级动态优先级系统中基本优先级最高限度协议的适用性267

8.8 抢占级最高限度协议267

8.8.1 作业与周期性任务的抢占级别268

8.8.2 协议定义与阻塞持续时间269

8.9 对多部件资源的访问控制272

8.9.1 多部件资源的优先级（抢占级）最高限度272

8.9.2 改进规则273

8.9.3 优先级继承规则273

8.10 数据对象的并发访问控制275

8.10.1 凸最高限度协议276

8.10.2 其他实时并发控制方案279

8.11 小结280

8.11.1 资源访问控制协议280

8.11.2 与非周期性作业的资源竞争282

8.11.3 模式转换283

习题284

第九章 多处理器调度、资源访问控制与同步287

9.1 多处理器和分布式系统的模型287

9.1.1 同类处理器与异类处理器288

9.1.2 端到端的作业与任务288

9.1.3 本地资源与远程资源291

9.1.4 处理器间的通信292

9.1.5 用于端到端任务的分布式调度程序的结构294

9.2 任务分配294

9.2.1 基于执行时间需求的任务分配295

9.2.2 最小化总通信开销的任务分配299

9.2.3 任务与资源分配的集成303

9.3 多处理器优先级最高限度协议305

9.3.1 资源竞争引起的阻塞时间306

9.3.2 阻塞时间6（rc）的构成要素上限307

9.3.3 一个直观示例309

9.3.4 可调度性测试311

9.3.5 不同处理器上资源嵌套请求的影响311

9.4 端到端周期性任务的调度算法要素312

9.4.1 处理器间的同步协议313

9.4.2 各处理器上的子任务调度319

9.5 固定优先级端到端周期性任务的可调度性322

9.5.1 不贪心同步任务的可调度性322

9.5.2 使用贪心同步算法的任务的可调度性328

9.5.3 端到端方法和MPCP方法的相对性能331

9.6 异类系统中的端到端任务333

9.7 动态多处理器系统的可预知性与验证335

9.8 小结336

习题338

第十章 调度柔性计算与有时间距离约束的任务342

10.1 柔性应用342

10.1.1 柔性应用的特性343

10.1.2 调度柔性应用的算法349

10.2 具有时间距离约束的任务358

10.2.1 时间距离模型358

10.2.2 距离约束单调（DCM）算法359

10.2.3 调度具有任意距离约束的任务360

10.3 小结363

10.3.1 柔性计算363

10.3.2 具有距离约束的任务364

习题365

11.1.1 结构概述366

第十一章 实时通信366

11.1 实时通信模型366

11.1.2 信息包、网络带宽以及物理大小368

11.1.3 实时通信模型368

11.1.4 性能目标和约束370

11.1.5 实时连接与服务规程371

11.2 交换网络的基于优先级的服务规程374

11.2.1 加权公平排队规程374

11.2.2 与速率成比例的服务器（RPS）模型和算法378

11.2.3 基于帧的加权公平排队算法379

11.2.4 延迟－EDD抖动－EDD服务规程383

I1.2.5 固定优先级规程387

11.3 加权轮转服务规程388

11.3.1 贪心的WRR规程389

11.3.2 时间驱动的WRR规程390

11.3.3 有预算的加权轮转算法392

11.4 广播网络的媒介访问控制协议395

11.4.1 在CAN以及IEEE802.5 令牌环网中的媒介访问协议396

11.4.2 定时令牌媒介访问控制协议399

11.4.3 DQDB网络中的媒介访问控制404

11.5 网络与资源预定协议409

11.5.1 资源预定中的问题410

11.5.2 RSVP（资源预定协议）412

11.5.3 ST-II、因特网流协议417

11.6 实时协议419

11.6.1 数据传输419

11.6.2 RTCP控制协议421

11.7 多机系统中的通信423

11.7.1 虫孔网络424

11.7.2 优先级驱动的流控制425

11.8 小结427

11.8.1 针对交换网络的服务规程427

11.8.2 广播网的媒介访问协议429

11.8.3 资源预定和实时传输协议430

习题431

第十二章 操作系统434

12.1 概述435

12.1.1 线程和任务435

12.1.2 内核437

12.2 时间服务和调度机制442

12.2.1 时间服务443

12.2.2 调度机制449

12.3.1 通信和同步456

12.3 操作系统的其他基本功能456

12.3.2 事件通知与软中断460

12.3.3 内存管理463

12.3.4 I/O和网络464

12.4 处理器预定及资源内核466

12.4.1 资源模式及预定类型466

12.4.2 应用程序接口和SSP结构468

12.5 开放系统体系结构469

12.5.1 目标及其他469

12.5.2 两级调度程序471

12.5.3 服务器的维护474

12.5.4 充分可调度性条件与接受测试476

12.5.5 调度开销与处理器利用率477

12.5.6 服务提供程序的结构及实时API函数477

12.6 商用实时操作系统的能力479

12.6.1 LynxOS480

12.6.2 pSOSystem481

12.6.3 QNX/Neutrino482

12.6.4 VRTX482

12.6.5 VxWorks483

12.7.1 WindowsNT操作系统485

12.7 通用操作系统的可预知性485

12.7.2 Linux操作系统的实时扩展489

12.8 小结493

12.8.1 商用操作系统493

12.8.2 值得拥有的操作系统原语494

12.8.3 资源预定与开放环境494

习题495

附录 POSIX线程和实时扩展498

参考文献503

英汉对照表515

译后记542