多媒體操作系統(tǒng)課件

1、第11章 多媒體操作系統(tǒng) 多媒體的應(yīng)用需求逐漸從單機(jī)延伸到互聯(lián)網(wǎng)，從非實(shí)時方式發(fā)展到實(shí)時方式，因而操作系統(tǒng)也逐漸沿著適合這種應(yīng)用的方向發(fā)展。在不同的應(yīng)用環(huán)境、應(yīng)用方式下需要有相應(yīng)的多媒體操作系統(tǒng)的支持，因而多媒體操作系統(tǒng)是多媒體技術(shù)中的中流砥柱。在多媒體應(yīng)用迅速火熱的局面下，無論是桌面式、嵌入式、還是分布式的多媒體應(yīng)用中，多媒體操作系統(tǒng)技術(shù)面臨的新的核心問題是圍繞著多流、同步、時限、以及基于QoS的管理，要研究如何采用適當(dāng)?shù)牟呗院退惴ㄈフ{(diào)度、去滿足多媒體應(yīng)用任務(wù)。 本章將針對這些概念介紹多媒體應(yīng)用對操作系統(tǒng)的要求、多媒體操作系統(tǒng)應(yīng)具備的核心功能、和支持連續(xù)媒體應(yīng)用的有關(guān)策略。11.1 操作系統(tǒng)

2、概述操作系統(tǒng)是計算機(jī)軟硬件資源的控制管理中心，它主要任務(wù)是合理組織和調(diào)用軟硬件資源，以完成用戶提交的作業(yè)。隨著市場需求的不斷提高以及計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、多媒體、通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，操作系統(tǒng)經(jīng)歷了一系列開發(fā)和變革。11.1.1 操作系統(tǒng)的分類操作系統(tǒng)有很多種類，并具有不同的特征。從不同的角度可以將操作系統(tǒng)分成不同的類型。根據(jù)計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)可分為單機(jī)、多機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和分布式操作系統(tǒng)。根據(jù)操作系統(tǒng)工作的角度可分為單用戶、批處理、分時和實(shí)時系統(tǒng)。由于多媒體的引入，因而產(chǎn)生了多媒體操作系統(tǒng)和多媒體網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。從操作系統(tǒng)工作的角度來看，單用戶、批處理、分時操作系統(tǒng)的工作重點(diǎn)都是圍繞著系統(tǒng)資源的利用率而展開的。在單

3、用戶操作系統(tǒng)下，用戶必須初始化所有硬件設(shè)備，并將操作系統(tǒng)的核心部分常駐留在系統(tǒng)的主存儲器中，為運(yùn)行應(yīng)用程序提供裝入、解釋和控制。為了減少用戶作業(yè)建立和打斷的時間，于是提出批處理系統(tǒng)的概念，由計算機(jī)按順序自動批處理指令。批處理系統(tǒng)雖然提高了資源的利用率，但作業(yè)處理的平均周轉(zhuǎn)時間較長，且用戶交互能力較弱等。分時系統(tǒng)具有較好的交互式功能，同時可為多用戶和多任務(wù)提供服務(wù)，它將CPU的運(yùn)行時間分割成微小時間片，依次輪流為各個程序提供服務(wù)，并能及時響應(yīng)用戶的輸入請求。但是分時時間片的長短以及主機(jī)系統(tǒng)的配置將系統(tǒng)的性能有較大的影響，對時間響應(yīng)上有特殊要求的應(yīng)用是難以滿足的。實(shí)時系統(tǒng)是因為多媒體應(yīng)用在時間的特

4、殊要求而形成的。由于在多媒體系統(tǒng)中大量地使用了基于時間的連續(xù)性媒體，而連續(xù)性媒體數(shù)據(jù)的組織和表現(xiàn)嚴(yán)格地受限于所規(guī)定的時間，這就需要有能夠提供及時服務(wù)的實(shí)時系統(tǒng)。所以，實(shí)時系統(tǒng)首先要滿足時間的響應(yīng)，然后再考慮支持多個用戶和多個任務(wù)。目前，實(shí)時系統(tǒng)顯得相當(dāng)重要，下面我們將對進(jìn)一步了解實(shí)時系統(tǒng)的系統(tǒng)特征。11.1.2 實(shí)時系統(tǒng)的特征實(shí)時系統(tǒng)是指系統(tǒng)能及時響應(yīng)輸入，并能按需提供無延遲的輸出處理。實(shí)時系統(tǒng)可以分為實(shí)時控制系統(tǒng)和實(shí)時信息系統(tǒng)。實(shí)時控制系統(tǒng)可用于生產(chǎn)過程中的自動控制，也可以用于監(jiān)測制導(dǎo)性控制。實(shí)時信息系統(tǒng)通常指實(shí)時信息處理系統(tǒng)。實(shí)時系統(tǒng)繼承了分時系統(tǒng)的交互性和多用戶功能，并在滿足任務(wù)時限的基

5、礎(chǔ)完成任務(wù)，它主要包括如下特征： 1. 及時與時限性。主要反映在對用戶的響應(yīng)時間要求上，以滿足控制對象所能接受的時間延遲，它可以是秒級、毫秒或微秒級。2. 交互性。根據(jù)不同的應(yīng)用對象和應(yīng)用要求，實(shí)時系統(tǒng)能提供便捷的交互方式。3. 安全可靠性。實(shí)時控制系統(tǒng)必須考慮系統(tǒng)的容錯機(jī)制，避免導(dǎo)致災(zāi)難性后果。實(shí)時信息系統(tǒng)，應(yīng)向用戶提供及時、有效、完整和可用的信息。4. 多路性。實(shí)時控制系統(tǒng)應(yīng)能提供多用戶的服務(wù)。并具有現(xiàn)場多路采集、處理和控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能。 實(shí)時系統(tǒng)的調(diào)度包括CPU、資源、輸入和輸出、通信和任務(wù)各個方面，正確把握基于時間上的調(diào)度問題就是實(shí)時系統(tǒng)所要解決的關(guān)鍵問題。由于實(shí)時任務(wù)具有時限性、搶

6、占性、周期性、優(yōu)先性、重要性、組合性等多種特征，因而在創(chuàng)建任務(wù)調(diào)度的算法時必須考慮這些因素。在任務(wù)與時限的關(guān)系中，涉及的概念包括：任務(wù)時限、任務(wù)執(zhí)行時間、任務(wù)時限余量（任務(wù)執(zhí)行時間與任務(wù)時限之差）、緊任務(wù)時限、松任務(wù)時限、強(qiáng)實(shí)時（超時將無可用性）、弱實(shí)時（超時將影響可用性）、關(guān)鍵任務(wù)時限（超時將引起嚴(yán)重后果）等。其中任務(wù)時限是指執(zhí)行某任務(wù)時的可用時間，也稱為時限粒度。任務(wù)時限和任務(wù)時限余量之間存在著一定的關(guān)系，較小的任務(wù)時限必定導(dǎo)致較小的時限余量。但較大的任務(wù)時限也可能導(dǎo)致較小的時限余量，因為任務(wù)的執(zhí)行時間取決于具體算法的復(fù)雜程度。也就是說，不同復(fù)雜的算法決定了任務(wù)的時限余量。根據(jù)以上這些特性

7、，實(shí)時調(diào)度中廣泛采用了基于優(yōu)先級的搶占調(diào)度算法。該算法可以使正在執(zhí)行的任務(wù)出讓資源，去滿足一個高優(yōu)先級的任務(wù)的執(zhí)行。同時對具有動態(tài)優(yōu)先級的任務(wù)，可以根據(jù)任務(wù)的某些因素在運(yùn)行時調(diào)整進(jìn)程的優(yōu)先權(quán)。常用的算法還有截止期最早最優(yōu)先（Earliest Deadline First，EDF），最關(guān)鍵任務(wù)優(yōu)先算法（Most Critical First，MCF）、關(guān)鍵性和時限優(yōu)先算法（Criticalness and Deadline First，CDF）、最小余量優(yōu)先算法（Most Laxity First，MLF）、最低松弛度優(yōu)先(LLF)算法等。當(dāng)任務(wù)的某些特征模糊不確定或不可預(yù)測時，一些常用的調(diào)度算

8、法不再適用?？梢允褂貌痪_調(diào)度算法（Imprecise Computing，IC）或模糊反饋控制實(shí)時調(diào)度算法。實(shí)時系統(tǒng)的性能好壞主要從以下幾個方面衡量：（1）響應(yīng)時間主要包括中斷響應(yīng)時間、關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)換時間和任務(wù)等待時間中斷響應(yīng)時間包括中斷延遲時間，其大小取決于總線速度、中斷屏蔽的時間長短、中斷負(fù)載的大小、中斷優(yōu)先級等多種因素。任務(wù)等待時間是指從發(fā)送消息的時刻到任務(wù)收到消息變?yōu)闇?zhǔn)備并投入運(yùn)行之間的時間，包括消息處理時間、核心不可搶占延遲、調(diào)度時間和關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)換時間，反映了系統(tǒng)的開銷情況。關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)換時間即上下文切換時間，它取決與任務(wù)關(guān)聯(lián)的數(shù)目、任務(wù)調(diào)度算法、任務(wù)現(xiàn)場信息量的大小、CPU速度等諸多因素。（2）

9、吞吐率實(shí)時系統(tǒng)的吞吐率取決于系統(tǒng)的各個部位，不同的部位具有不同的吞吐率概念，如CPU、系統(tǒng)總線、外圍設(shè)備等。提高吞吐率的目的是減少任務(wù)執(zhí)行時間，增加任務(wù)余量。這樣留給系統(tǒng)更多的時間，實(shí)現(xiàn)松時間約束，對相同的工作可以更好的完成；或在相同的時間內(nèi)完成更多的任務(wù)。（3）可靠性因為在一些重要的實(shí)時任務(wù)中，任何不可靠因素和故障都會引起難以預(yù)測的災(zāi)難性后果。11.1.3 多媒體操作系統(tǒng)的類型多媒體操作系統(tǒng)支持多媒體的實(shí)時應(yīng)用，其首要任務(wù)是調(diào)度一切可利用的資源完成實(shí)時控制任務(wù)，其次要提高計算機(jī)系統(tǒng)的使用效率。多媒體實(shí)時任務(wù)主要包括：任務(wù)管理、任務(wù)間同步和通信、存儲器優(yōu)化管理、實(shí)時時鐘服務(wù)、中斷管理服務(wù)。實(shí)時

10、操作系統(tǒng)具有規(guī)模小，中斷被屏蔽的時間很短，中斷處理時間短，任務(wù)切換很快等特點(diǎn)。根據(jù)不同的使用規(guī)模，多媒體操作系統(tǒng)可分為單機(jī)、互聯(lián)式和分布式 單機(jī)多媒體操作系統(tǒng)單機(jī)多媒體操作系統(tǒng)是指支持非網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的MPC的操作系統(tǒng)，例如，Windows95以后的操作系統(tǒng)就屬于多媒體操作系統(tǒng)。Windows XP操作系統(tǒng)更是從系統(tǒng)級上支持多媒體功能，其DVD支持技術(shù)、內(nèi)置的DirectX多媒體驅(qū)動、與操作系統(tǒng)無縫連接的光盤刻錄與擦寫技術(shù)等，給用戶提供了更加豐富多彩的交互式多媒體環(huán)境。互聯(lián)式多媒體操作系統(tǒng)與單機(jī)操作系統(tǒng)不同的是，互聯(lián)式多媒體操作系統(tǒng)面對的是多臺計算機(jī)或多個局域網(wǎng)系統(tǒng)，它要支持多機(jī)之間的資源共享、用

11、戶操作協(xié)調(diào)和與多機(jī)操作的交互。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)可以構(gòu)架于不同的操作系統(tǒng)之上，也就是說它網(wǎng)絡(luò)中所連接的計算機(jī)可以被裝有不同的操作系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的統(tǒng)一配置，在較大的范圍內(nèi)構(gòu)成互聯(lián)式網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。在互聯(lián)式網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)中，對網(wǎng)絡(luò)資源的訪問需要指明資源位置與資源類型。對于有實(shí)時要求的的任務(wù)，多媒體操作系統(tǒng)不僅要根據(jù)用戶的請求準(zhǔn)確地完成信息的發(fā)送、傳遞和接收的全過程，而且要保證實(shí)時性多媒體信息處理的各種要求。分布式多媒體操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)是指有大量的計算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)被連接在一起，可以獲得極高的運(yùn)算能力及廣泛的數(shù)據(jù)共享。分布式操作系統(tǒng)有如下特征：1、統(tǒng)一性。它是一個統(tǒng)一的操作系統(tǒng)。2、共享性。

12、分布式系統(tǒng)中所有的資源是可共享的。3、透明性。透明性是指用戶并沒有感覺到分布式系統(tǒng)上有多臺計算機(jī)在運(yùn)行。4、獨(dú)立性。處于分布式系統(tǒng)的多個主機(jī)在物理上是獨(dú)立的。5、低成本。分布式系統(tǒng)中的計算機(jī)不需要具備特別高的性能。6、可靠性。由于有多個獨(dú)立的CPU系統(tǒng)，因此個別CPU的故障高不影響系統(tǒng)性能。與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的主要區(qū)別是，分布式操作系統(tǒng)比較強(qiáng)調(diào)單一性，使用同一種操作系統(tǒng)，即使用同一種管理與訪問方式。11.2 多媒體操作系統(tǒng)的核心和重要功能多媒體操作系統(tǒng)不僅要管理軟、硬件資源，還需要滿足多媒體數(shù)據(jù)處理的需要，提供一種高效、實(shí)時的運(yùn)行環(huán)境。多媒體處理中要解決的主要問題包括中斷等待、實(shí)時調(diào)度、時限和恢復(fù)

13、管理處理和基于QoS的資源管理。為了解決這些主要的問題，必須開發(fā)新的多媒體操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。11.2.1 操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)的工作是基于多個進(jìn)程下的資源管理、設(shè)備控制等。這些系統(tǒng)并不具有對時間的復(fù)雜控制和維護(hù)特定的機(jī)制，也沒有提供系統(tǒng)短暫過載時進(jìn)行保護(hù)和管理的模式。系統(tǒng)常常無法應(yīng)對一些不可預(yù)見的延遲和抖動，也不能保證對時間有嚴(yán)格要求的多媒體信息的同步，所以并不適合于連續(xù)媒體應(yīng)用的實(shí)時服務(wù)。傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)主要在以下幾個方面有所欠缺：（1）缺乏操作系統(tǒng)的實(shí)時支持這種實(shí)時支持應(yīng)能夠提供較好的時間驅(qū)動計算、最佳的時間調(diào)度策略、而不僅僅只具有時間分配的能力。（2）為了適合于實(shí)時多媒體的應(yīng)

14、用，有必要開發(fā)設(shè)計新的多媒體操作系統(tǒng)。目前，多媒體操作系統(tǒng)有兩種開發(fā)模式，即擴(kuò)充傳統(tǒng)操作系統(tǒng)和重新設(shè)計的微內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)。無論采用哪種方式，多媒體操作系統(tǒng)都必須至少提供滿足多媒體信息處理要求的CPU管理、存儲器管理、I/O管理和文件系統(tǒng)管理功能。分層式操作系統(tǒng)傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)是分層式的，如圖11-1（左）所示，它的內(nèi)核由若干層組成，內(nèi)核集中提供各種功能，整個內(nèi)核顯得非常龐大。多媒體的應(yīng)用需要系統(tǒng)支持請求、預(yù)定資源和同步處理，也就是要對內(nèi)核進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷氖沟媚芴峁┛深A(yù)測的性能。例如，SUN公司為了提供適當(dāng)?shù)亩嗝襟w資源管理，開發(fā)了一種時間驅(qū)動資源管理TDRM（Time Driven Resource

15、Management）機(jī)制，就是允許一個應(yīng)用向系統(tǒng)提出資源請求的機(jī)制。應(yīng)用的資源請求可包括應(yīng)用所需的資源、質(zhì)量、最后期限、優(yōu)先級等參數(shù)，而系統(tǒng)只是按照申請盡可能地分配可用資源，并可告知必要的信息。圖11-1 分層內(nèi)核（左）和微內(nèi)核（右）微內(nèi)核（micro-kernel）操作系統(tǒng)是新結(jié)構(gòu)下的操作系統(tǒng)，它保留傳統(tǒng)操作系統(tǒng)界面，采用微內(nèi)核為核心，為模塊化擴(kuò)展提供基礎(chǔ)。微內(nèi)核的基本原理是，只有最基本的操作系統(tǒng)功能才能放在內(nèi)核中。不是最基本的服務(wù)和應(yīng)用程序在微內(nèi)核之上構(gòu)造，并在用戶模式下執(zhí)行。微內(nèi)核中只包含線程和任務(wù)管理、IPC管理、存儲對象管理、虛擬內(nèi)存服務(wù)、I/O管理和中斷處理等內(nèi)容。 而在微內(nèi)核外

16、去完成文件管理、進(jìn)程管理、設(shè)備驅(qū)動程序、虛存管理程序、窗口系統(tǒng)和安全服務(wù)。用戶可以通過微內(nèi)核接口函數(shù)提出服務(wù)申請，微內(nèi)核的服務(wù)器便可向用戶提供內(nèi)核的功能服務(wù)。內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)如圖11-1（右）所示，微內(nèi)核結(jié)構(gòu)用一個水平分層的結(jié)構(gòu)代替了傳統(tǒng)的縱向分層的結(jié)構(gòu)。在微內(nèi)核外部的操作系統(tǒng)部件被當(dāng)作服務(wù)器進(jìn)程實(shí)現(xiàn)。微內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)一致接口：微內(nèi)核設(shè)計為進(jìn)程請求提供一致接口?？蓴U(kuò)展性：允許增加新的服務(wù)以及在同一個功能區(qū)域中提供多個服務(wù)。靈活性：與可擴(kuò)展性相關(guān)，不僅可以在操作系統(tǒng)中增加新功能，還可以刪除現(xiàn)有的功能?？梢浦残裕核谢虼蟛糠痔幚砥鲗Ｓ么a都在微內(nèi)核中，移植時只需很少的變化?？煽啃裕荷倭康膽?yīng)用程序編

17、程接口，為內(nèi)核外部的操作系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生高質(zhì)量的代碼。分布系統(tǒng)支持：微內(nèi)核有助于分布式系統(tǒng)支持，包括分布式操作系統(tǒng)控制的集群。對面向?qū)ο蟛僮飨到y(tǒng)的支持: 微內(nèi)核結(jié)構(gòu)也適用面向?qū)ο蟛僮飨到y(tǒng)環(huán)境。微內(nèi)核上的操作系統(tǒng)的服務(wù)模式在微內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)下，可以根據(jù)連續(xù)媒體的特殊需要安排上層操作系統(tǒng)，服務(wù)模式的實(shí)現(xiàn)有以下幾種方法：庫例程服務(wù)模式：上層操作系統(tǒng)作為實(shí)用庫例程，當(dāng)用戶程序調(diào)用庫例程時，由庫例程去調(diào)用微內(nèi)核功能。實(shí)用庫可以提供包括中斷處理、計時器、消息登錄、 內(nèi)存分配、線緩沖等例程。 服務(wù)器服務(wù)模式：上層操作系統(tǒng)作為服務(wù)器，用戶程序直接向服務(wù)器提出申請。微內(nèi)核的功能模式：上層操作系統(tǒng)作為微內(nèi)核的一個功能，

18、一般就是微內(nèi)核的接口函數(shù)。11.2.2 中斷等待在連續(xù)媒體應(yīng)用中，常常由于多任務(wù)的同時執(zhí)行而引起中斷等待。中斷等待時間越短，系統(tǒng)的性能就越好。大量的中斷等待將不能很好地支持實(shí)時活動。例如，處理一個連續(xù)的MIDI音樂媒體流，會產(chǎn)生十分頻繁的中斷請求發(fā)向操作系統(tǒng)內(nèi)核，這時將產(chǎn)生大量的上下文切換時間。如果操作系統(tǒng)內(nèi)核難以應(yīng)付這么高事件流的需求，將會產(chǎn)生許多中斷延時，從而影響QoS。實(shí)時操作系統(tǒng)分為可搶占性和不可搶占性。不可搶占型實(shí)時操作系統(tǒng)中，其實(shí)時性取決于最長任務(wù)的執(zhí)行時間。當(dāng)前運(yùn)行的任務(wù)擁有CPU的控制權(quán)，實(shí)時任務(wù)的到來必須通過某種算法并等待當(dāng)前任務(wù)交出CPU的控制權(quán)，然后直到它主動歸還CPU控

19、制權(quán)。中斷由中斷服務(wù)程序來處理，當(dāng)激活一個休眠狀態(tài)任務(wù)并使之緒態(tài)時，該任務(wù)也必須等到當(dāng)前運(yùn)行的任務(wù)主動交出CPU的控制權(quán)后才能運(yùn)行?？蓳屨夹蛯?shí)時操作系統(tǒng)是基于任務(wù)優(yōu)先級的，內(nèi)核可以搶占正在運(yùn)行任務(wù)的CPU使用權(quán)，并將使用權(quán)交給進(jìn)入就緒態(tài)的優(yōu)先級更高的任務(wù)，也就是說，由于較高優(yōu)先級任務(wù)的到來，正在運(yùn)行中的其他任務(wù)都可被中斷。可搶占型實(shí)時操作系統(tǒng)的實(shí)時性好，但是，必須合理處理好搶占方式，否則也會導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。降低操作系統(tǒng)中斷等待的關(guān)鍵策略是可搶占性處理。對于目前現(xiàn)存的內(nèi)核，可行的修改方案是增加一個安全搶占點(diǎn)的集合，也可以將現(xiàn)存的內(nèi)核轉(zhuǎn)化為運(yùn)行微內(nèi)核上的一個用戶程序。但最好的辦法是重新設(shè)計內(nèi)核的內(nèi)部

20、結(jié)構(gòu)，使允許按任務(wù)的優(yōu)先級搶占執(zhí)行任務(wù)。11.2.3 實(shí)時調(diào)度當(dāng)多個實(shí)時的或非實(shí)時程序共享同一個資源時，一般多線程操作系統(tǒng)使用同步目標(biāo)來作為強(qiáng)迫線程同步的多線程核心。但是可能會引起不可控制的優(yōu)先權(quán)倒置。這種優(yōu)先權(quán)倒置現(xiàn)象是由服務(wù)器的非搶占特性引起的，由此常導(dǎo)致不可預(yù)見的延遲和抖動問題的發(fā)生。CPU 的實(shí)時處理多媒體調(diào)度同時要面向非實(shí)時處理和實(shí)時處理兩個方面，當(dāng)有實(shí)時進(jìn)程出現(xiàn)時，不能影響正在處理之中的非實(shí)時處理，同時又要允許實(shí)時進(jìn)程剝奪非實(shí)時進(jìn)程等低優(yōu)先級實(shí)時進(jìn)程。CPU可以通過高效實(shí)時調(diào)度進(jìn)行實(shí)時處理，實(shí)時調(diào)度器以滿足任務(wù)的最后期限來進(jìn)行調(diào)度。對于連續(xù)媒體環(huán)境下的最后期限可以是可接受的每幀回放

21、時間。各種實(shí)時操作系統(tǒng)的實(shí)時調(diào)度算法可以分為三種類別：基于優(yōu)先級的調(diào)度算法（Priority-driven scheduling-PD）、基于CPU使用比例的共享式的調(diào)度算法（Share-driven scheduling-SD）、以及基于時間的進(jìn)程調(diào)度算法（Time-driven scheduling-TD）。基于優(yōu)先級的調(diào)度算法基于優(yōu)先級的調(diào)度算法給每個進(jìn)程分配一個優(yōu)先級，在每次進(jìn)程調(diào)度時，調(diào)度器總是調(diào)度那個具有最高優(yōu)先級的任務(wù)來執(zhí)行。根據(jù)不同的優(yōu)先級分配方法，基于優(yōu)先級的調(diào)度算法可以分為類型靜態(tài)或動態(tài)兩種：靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法中，為所有進(jìn)程都靜態(tài)地分配一個優(yōu)先級。靜態(tài)優(yōu)先級的分配可以根據(jù)應(yīng)

22、用任務(wù)的的屬性來進(jìn)行。例如RM（Rate-Monotonic）調(diào)度算法是根據(jù)任務(wù)的執(zhí)行周期的長短來決定調(diào)度優(yōu)先級，那些具有小的執(zhí)行周期的任務(wù)具有較高的優(yōu)先級。 動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法中，根據(jù)任務(wù)的資源需求來動態(tài)地分配任務(wù)的優(yōu)先級。在實(shí)時調(diào)度算法中，EDF算法給就緒隊列中的各個任務(wù)根據(jù)它們的截止期限來分配優(yōu)先級，具有最近的截止期限的任務(wù)具有最高的優(yōu)先級?；诒壤蚕碚{(diào)度算法基于優(yōu)先級的調(diào)度算法提供的是一種硬實(shí)時的調(diào)度，對于軟實(shí)時應(yīng)用，使用比例共享式的資源調(diào)度算法（SD算法）更為適合。比例共享調(diào)度算法指基于CPU使用比例的共享式的調(diào)度算法，它按照一定的權(quán)重對一組需要調(diào)度的任務(wù)進(jìn)行調(diào)度，使它們的執(zhí)行時間

23、與它們的權(quán)重完全成正比。但是它沒有優(yōu)先級的概念，當(dāng)系統(tǒng)處于過載狀態(tài)時，所有的任務(wù)的執(zhí)行都會按比例地變慢，這將影響實(shí)時進(jìn)程。 實(shí)現(xiàn)比例共享調(diào)度的算法有兩種：可以調(diào)節(jié)各個就緒進(jìn)程出現(xiàn)在調(diào)度隊列隊首的頻率，并調(diào)度隊首的進(jìn)程執(zhí)行。或者逐次調(diào)度就緒隊列中的各個進(jìn)程投入運(yùn)行，但根據(jù)分配的權(quán)重調(diào)節(jié)分配個每個進(jìn)程的運(yùn)行時間片?；跁r間的進(jìn)程調(diào)度算法對于具有穩(wěn)定、已知輸入的簡單系統(tǒng)，如很小的嵌入式系統(tǒng)、自控系統(tǒng)、傳感器等應(yīng)用系統(tǒng)，可以使用時間驅(qū)動（Time-driven:TD）的調(diào)度算法，它能夠為數(shù)據(jù)處理提供很好的預(yù)測性。實(shí)際上屬于靜態(tài)調(diào)度方法，在系統(tǒng)的設(shè)計階段，在明確系統(tǒng)中所有的處理情況下，對于各個任務(wù)的開始

24、、切換、以及結(jié)束時間等都事先做出明確的安排和設(shè)計。11.2.4 時限和恢復(fù)管理許多具有強(qiáng)實(shí)時性的多媒體應(yīng)用，要求在規(guī)定時間內(nèi)完成其處理，同時，所處理的數(shù)據(jù)也往往是“短暫”的，即有一定的有效時間，過時則有新的數(shù)據(jù)產(chǎn)生。實(shí)時事務(wù)中有多種定時限制，其中最典型的是事務(wù)截止期。很多連續(xù)媒體應(yīng)用程序具有內(nèi)在的“軟”時限。例如，在視頻會議系統(tǒng)中，即使大多數(shù)視頻圖像都沒能夠按時處理完畢，也不影響會議繼續(xù)的進(jìn)行。然而，錯過時限的提示信號對應(yīng)用來說是相當(dāng)重要的信息?；谶@些信息，應(yīng)用可以要求改變服務(wù)質(zhì)量QoS的級別。由于實(shí)時事務(wù)難以接受時間的延遲及其不確定性，因而多媒體操作系統(tǒng)的內(nèi)存緩沖區(qū)的管理就顯得更為重要。如

25、何及時分配所需緩沖區(qū)、如何讓高優(yōu)先級事務(wù)搶占緩沖區(qū)成為主要目標(biāo)。各種因素都可能導(dǎo)致QoS的下降，當(dāng)程序由于過載、硬件或軟件錯誤而錯過時限時，用戶程序應(yīng)能夠決定相應(yīng)的應(yīng)付措施，也就是實(shí)時恢復(fù)機(jī)制。但是數(shù)據(jù)的可恢復(fù)性也并非一致的，有的事務(wù)可以在一定的時限內(nèi)要求重發(fā)，而有的事務(wù)則可能要用“補(bǔ)償”、“替代”事務(wù)。為了保證實(shí)時限制的滿足，恢復(fù)也不一定是一致和絕對正確的。同時，恢復(fù)過程也將影響處于活躍狀態(tài)的事務(wù)，使有的事務(wù)超過截止期，這對硬實(shí)時事務(wù)是不能接受的。因此，必須開發(fā)新的恢復(fù)技術(shù)與機(jī)制，應(yīng)考慮到時間與資源兩者的可用性，以確定最佳恢復(fù)時機(jī)與策略，而不致于影響事務(wù)實(shí)時性的滿足。然而在多道程序設(shè)計環(huán)境中

26、，必須把調(diào)整優(yōu)先權(quán)等事物外的操作作為一個原子級操作，這樣可保證恢復(fù)任務(wù)不能被搶占。 10.2.5 QoS 管理隨著數(shù)字視頻、音頻等連續(xù)媒體的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，對實(shí)時服務(wù)質(zhì)量QoS支持的要求也不斷提高。在不同的應(yīng)用中，用戶對QoS的要求也不完全相同。多媒體網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)必須具有增強(qiáng)的管理功能，使得能夠支持更為靈活、更為動態(tài)的QoS選擇，從而使用戶可以對傳送連接進(jìn)行適當(dāng)?shù)募舨靡詽M足自己的特定需要。在建立端到端的連接時，用戶應(yīng)能量化和表達(dá)對有關(guān)QoS參數(shù)的希望值、可接受值和不可接受值。通信雙方必須就這些參數(shù)進(jìn)行協(xié)商，以保證這些QoS參數(shù)值在連接持續(xù)期內(nèi)得到滿足。通信過程中，即使違背了事先協(xié)商的QoS值時，操作

27、系統(tǒng)應(yīng)能提供一定的指示信息。對連續(xù)媒體應(yīng)用的QoS管理可以分成兩種控制模式：靜態(tài)的和動態(tài)的。靜態(tài)控制模式是指通信前，由用戶指定一個QoS的級，并在整個連接生存期間都維護(hù)這個指定的級。而動態(tài)控制模式則允許用戶在整個連接生存期間調(diào)整初始的QoS值。而修改QoS級的依據(jù)有2種，可以根據(jù)系統(tǒng)可用資源進(jìn)行調(diào)整，或者根據(jù)任務(wù)的需要來調(diào)整。11.3 支持連續(xù)媒體應(yīng)用的有關(guān)策略目前，對連續(xù)媒體的支持還缺乏一個全面的規(guī)劃的軟件標(biāo)準(zhǔn)和操作系統(tǒng)所支持的公共功能。如果要開發(fā)一個適合于多媒體處理的操作系統(tǒng)，它應(yīng)該對連續(xù)媒體應(yīng)用的支持可以分為三個方面：對資源管理的支持、對程序設(shè)計的支持和對文件系統(tǒng)的支持。11.3.1支持

28、連續(xù)媒體的資源管理 為了支持連續(xù)媒體，應(yīng)該采取新的資源管理模式來提供必須的系統(tǒng)資源，以滿足一定的應(yīng)用請求級，從而避免出現(xiàn)那些不可預(yù)見的延遲和抖動?；赒oS的資源控制在連續(xù)媒體中，可以參數(shù)形式描述其時間特性和空間特性。雖然QoS參數(shù)大多數(shù)依賴于應(yīng)用的，但應(yīng)用系統(tǒng)一般都能提供多種可選的QoS級，讓用戶選擇適合于自己的資源環(huán)境下工作的QoS級，而操作系統(tǒng)必須能基于QoS級對資源進(jìn)行管理。無論用戶的請求是靜態(tài)的還是動態(tài)的，系統(tǒng)都必須對用戶所請求的級作出反映，當(dāng)系統(tǒng)資源能夠滿足用戶申請的QoS級時，系統(tǒng)才會接受用戶的請求并提供所需的系統(tǒng)資源。當(dāng)資源不足時，系統(tǒng)將通過會話過程和用戶進(jìn)行協(xié)商，降低QoS的

29、級，以減少對資源的需求。存儲器管理存儲器管理要為任務(wù)進(jìn)程分配存儲器資源。對于連續(xù)媒體數(shù)據(jù)而言，通常都具有數(shù)據(jù)交換量大和嚴(yán)格的定時需求。傳統(tǒng)的虛擬內(nèi)存采用請求頁式調(diào)度，在虛存和主存之間進(jìn)行換頁交換可能要花費(fèi)許多的時間，缺頁還將延長這段交換時間，從而可能影響實(shí)時進(jìn)程。如果不采用虛擬內(nèi)存，可以在進(jìn)程執(zhí)行期間將連續(xù)媒體數(shù)據(jù)鎖在存儲器中，但是可能影響資源利用率。另一種基于QoS的方法中，可以利用連續(xù)媒體數(shù)據(jù)的周期性及時預(yù)調(diào)數(shù)據(jù)。其他比較重要的實(shí)用實(shí)現(xiàn)技術(shù)包括散布緩沖區(qū)法或傳遞指針法，它們都有效地提高空間使用效率。散布緩沖區(qū)法，就可以將進(jìn)程地址空間裝入可能不連續(xù)的存儲器區(qū)域。指針傳遞法就是通過引用傳遞對象

30、，而不拷貝或移動對象本身。 實(shí)時I/O管理實(shí)時I/O子系統(tǒng)的主要功能是在主存儲器和外部設(shè)備之間傳送多媒體數(shù)據(jù)，它的中心任務(wù)就是設(shè)備管理、中斷延時與實(shí)時傳輸。設(shè)備管理為所有硬件構(gòu)件的控制與管理提供統(tǒng)一界面，通過將物理設(shè)備映射成抽象的設(shè)備驅(qū)動器。多媒體應(yīng)用中，特別是實(shí)時連續(xù)媒體幀的輸入和輸出，必定需要大量的I/O操作，由此頻繁地中斷內(nèi)核，從而降低系統(tǒng)吞吐率并影響QoS。 而保證單流的連續(xù)性和多相關(guān)流之間的同步的關(guān)鍵所在就是I/O的實(shí)時功能。要提高I/O的實(shí)時功能，可以通過改變內(nèi)核結(jié)構(gòu)以使之具有搶占性、內(nèi)核中增加安全搶占點(diǎn)集合、或?qū)?dāng)前內(nèi)核轉(zhuǎn)換成可在微內(nèi)核上運(yùn)行用戶程序。如今，網(wǎng)絡(luò)帶寬超過已經(jīng)超過了

31、1Gbps，而使I/O總線成為了制約系統(tǒng)總體性能的瓶頸。由此可能導(dǎo)致總線的爭用，因此解決I/O總線已成為急待解決的中心問題。11.3.2 連續(xù)媒體的程序支持實(shí)時線程 RealtimeThread在通用的非實(shí)時系統(tǒng)中，線程不具備的實(shí)時特性，它們只能處于初始態(tài)、就緒態(tài)、非就緒態(tài)、或退出態(tài)之一。實(shí)時線程具有普通線程所有的特性和功能，但增加了更多的細(xì)致的控制能力，最重要的就是資源的搶占和優(yōu)先級的關(guān)系。實(shí)時線程可以設(shè)定優(yōu)先級，高優(yōu)先級的線程可以安排在低優(yōu)先級線程之前完成。一個應(yīng)用程序可以通過使用線程中的方法setPriority(int)，來設(shè)置線程的優(yōu)先級大小。時限管理實(shí)時任務(wù)不僅要求完成每一項工作，

32、并且要按照給定的時限去完成。在時限管理中，能滿足時限要求的有效策略就是可搶占性管理。所謂可搶占性管理，是指調(diào)度進(jìn)程是建立在進(jìn)程的優(yōu)先級別上的。在調(diào)度優(yōu)先級中，正確計時是相當(dāng)重要的。但是在絕大多數(shù)調(diào)度策略中，運(yùn)行時間是一個很難獲得的值，如果調(diào)度進(jìn)程已經(jīng)獲得了事務(wù)處理時間的相關(guān)信息，而這些信息又可以用來檢測出哪些是最接近時限的事務(wù)，那么就可以賦予這些事務(wù)更高的優(yōu)先權(quán)，或者將那些不會超時的事務(wù)掛起。但是，如果發(fā)生計時錯誤，事實(shí)上將改變線程的優(yōu)先級，從而導(dǎo)致不可預(yù)測的后果，尤其對實(shí)時程序來說就是一種災(zāi)難性的故障。這就需要時限調(diào)度來保證系統(tǒng)的實(shí)時性。當(dāng)線程產(chǎn)生內(nèi)存錯誤或浮點(diǎn)運(yùn)算錯誤時，操作系統(tǒng)會將它視為

33、一個異常來進(jìn)行標(biāo)識和處理。為了應(yīng)對這種錯誤，系統(tǒng)必須提供捕捉計時錯誤的接口，使得用戶能夠以應(yīng)用指定的方式進(jìn)行處理，這就是實(shí)時程序的時限處理。分布式狀況下，因為通信的開銷導(dǎo)致遠(yuǎn)程服務(wù)器的響應(yīng)處理時間變得更加不可預(yù)測，因此將使實(shí)時控制變得更復(fù)雜。時限調(diào)度策略。既要針對滿足時限的，又要針對不能滿足時限的。而賦予計時錯誤處理程序的任務(wù)，是要解決線程的后續(xù)執(zhí)行方式。例如，一個周期性的線程錯過了時限時，時限處理程序就必須決定是繼續(xù)運(yùn)行還是停止。通常，計時錯誤處理程序?qū)彦e誤線程掛起，并向用戶指定的端口發(fā)送一個消息。而另一個線程，將在該端口處獲取出錯的消息并作出有關(guān)反映。實(shí)時同步實(shí)時同步是連續(xù)媒體關(guān)鍵的特

34、征，實(shí)時線程的排隊是建立在優(yōu)先權(quán)基礎(chǔ)上的，基于FIFO的次序排列，常常會導(dǎo)致優(yōu)先權(quán)倒置。為了支持實(shí)時同步，系統(tǒng)應(yīng)該能提供快速時間標(biāo)識機(jī)制和實(shí)時互斥機(jī)制。互斥是用來控制多任務(wù)對共享數(shù)據(jù)進(jìn)行串行訪問的同步機(jī)制。在多任務(wù)應(yīng)用中，當(dāng)兩個或多個任務(wù)同時訪問共享數(shù)據(jù)時，可能會造成數(shù)據(jù)破壞?；コ馐顾鼈兇械卦L問數(shù)據(jù)，從而達(dá)到保護(hù)數(shù)據(jù)的目的.解決互斥有以下幾種方法:1. 關(guān)閉中斷的方法(intLock)：能解決任務(wù)和中斷ISR之間產(chǎn)生的互斥，但使用該辦法會影響實(shí)時系統(tǒng)對外部中斷及時響應(yīng)和處理的能力。2. 關(guān)閉系統(tǒng)優(yōu)先級(taskLock)：它可使當(dāng)前任務(wù)的執(zhí)行只能被中斷，而不能被高優(yōu)先級的任務(wù)搶占。但是，這種

35、方法實(shí)際上也不適合于實(shí)時系統(tǒng)中的。3. 信號量(Semaphore)：信號量是解決互斥和同步協(xié)調(diào)進(jìn)程最好的方法。使用創(chuàng)建信號量Semaphore的辦法，說明任務(wù)的屬性。實(shí)時系統(tǒng)中的IPC實(shí)時系統(tǒng)主要包括多任務(wù)調(diào)度（采用優(yōu)先級搶占方式）、任務(wù)間的同步和進(jìn)程間通信，這種通信方式被稱為進(jìn)程間通信機(jī)制（inter-process communication IPC）。進(jìn)程間通信（IPC）是運(yùn)行在多任務(wù)操作系統(tǒng)中或聯(lián)網(wǎng)計算機(jī)上的程序和進(jìn)程使用的一組技術(shù)，IPC支持進(jìn)程間有效的通信，LPC能共享內(nèi)存空間、同步任務(wù)并相互發(fā)送消息。遠(yuǎn)程過程調(diào)用被稱為RPC，它類似于LPC。網(wǎng)絡(luò)上的客戶機(jī)服務(wù)器模式利用了RPC

36、機(jī)制，客戶在他自己的機(jī)器上執(zhí)行部分任務(wù)，但還要依賴服務(wù)器提供的后端文件服務(wù)。RPC為客戶提供通信機(jī)制，以使服務(wù)請求發(fā)送到后端服務(wù)器。解決任務(wù)間的同步和進(jìn)程間協(xié)調(diào)問題可以采用以下的幾種方式：內(nèi)存共享（Shared Memory）：用于簡單的數(shù)據(jù)共享。信號量（Semaphore）：用于基本的互斥和同步。消息隊列（Message queues）和管道（Pipe）：用于單個CPU中，任務(wù)間的信息傳遞。套結(jié)字（Socket）和遠(yuǎn)程調(diào)用（Remote procedure calls）：用于網(wǎng)絡(luò)任務(wù)間的通信。信號（Signals）：為那些訪問相同資源的進(jìn)程提供一個同步機(jī)制。在一個多任務(wù)環(huán)境中，應(yīng)該允許實(shí)時應(yīng)

37、用程序以一套獨(dú)立任務(wù)的方式構(gòu)筑，每個任務(wù)擁有獨(dú)立的執(zhí)行線程和它自己的一套系統(tǒng)資源。所以程序設(shè)計的接口可以包含實(shí)時系統(tǒng)通信所需的屬性。實(shí)時系統(tǒng)的通信需要提供基于優(yōu)先權(quán)的排隊、優(yōu)先權(quán)的交出、優(yōu)先權(quán)的繼承以及消息的分發(fā)等屬性。1、消息排隊：消息排隊機(jī)制監(jiān)督在不同的應(yīng)用程序之間傳送消息，給屬性指明了消息排隊的次序。排序策略可以有多種，如FIFO、基于優(yōu)先權(quán)等方式。應(yīng)用程序可以使用消息排隊來改善可靠性，但要以響應(yīng)時間為代價。2、優(yōu)先權(quán)的交出：當(dāng)設(shè)置了該屬性，發(fā)送者將傳遞接收者的優(yōu)先權(quán)，或根據(jù)所選定的策略給定優(yōu)先權(quán)。3、優(yōu)先權(quán)的繼承：它將執(zhí)行優(yōu)先級繼承協(xié)議。優(yōu)先級繼承可用來解決優(yōu)先級反轉(zhuǎn)問題。當(dāng)優(yōu)先級反轉(zhuǎn)

38、發(fā)生時，優(yōu)先級較低的任務(wù)被暫時地提高它的優(yōu)先級，使得該任務(wù)能盡快執(zhí)行，釋放出優(yōu)先級較高的任務(wù)所需要的資源。4、消息分發(fā)：當(dāng)多個接收者在運(yùn)行時，消息分發(fā)屬性將按照任意選擇策略或基于優(yōu)先權(quán)的策略選擇合適的接收者線程。當(dāng)指定為任意選擇策略時，將從FIFO隊列中按次序選擇接收線程。11.3.3 支持連續(xù)媒體的文件系統(tǒng)文件管理器必須具備高效讀寫連續(xù)媒體流的功能。連續(xù)媒體如果不能被及時地緩沖，就會導(dǎo)致使用數(shù)據(jù)的缺乏，從而導(dǎo)致暫停、斷續(xù)等現(xiàn)象。如何是文件系統(tǒng)滿足連續(xù)媒體的應(yīng)用，不僅需要更合適的存儲布局，同時需要更好的介質(zhì)調(diào)度方法，以解決連續(xù)媒體的吞吐率需求和多流同步。 在單流情況下，需要維持最早的起始時間，

39、這樣可以既不錯過時限，又能使緩沖區(qū)最小。在多流情況下，既要對每一個獨(dú)立處理，又要考慮到其它的流，這就需要更好的算法和技術(shù)。對介質(zhì)的調(diào)度最關(guān)鍵的就是如何處理好實(shí)時性引起的時限要求和緩沖要求。 文件存儲策略有關(guān)連續(xù)媒體存儲布局，眾多的策略大體上可以分成以下三類：連續(xù)媒體單獨(dú)存儲、混合存儲和分布式存儲。連續(xù)媒體單獨(dú)存儲首先是優(yōu)化存儲布局，在磁盤、分區(qū)、或者磁盤陣列條紋上安排“專有”屬性，用于單獨(dú)存放連續(xù)媒體數(shù)據(jù)。其次是優(yōu)化目錄，建立單獨(dú)的目錄磁盤，用于存放連續(xù)媒體數(shù)據(jù)和靜態(tài)媒體數(shù)據(jù)的目錄信息。這樣可降低每次訪問的搜索時間，更快地接受調(diào)用。 混合存儲將連續(xù)媒體數(shù)據(jù)和常規(guī)文件一同存放，使用同一個通用文件

40、系統(tǒng)和同一個存儲設(shè)備，不設(shè)“專有”區(qū)，也不另建目錄結(jié)構(gòu)，但是賦予兩種不同類型的文件訪問特征。一種比較好的策略就是高速緩存系統(tǒng)只緩存磁頭/間接塊和目錄內(nèi)容，而不緩存文件內(nèi)容。因此可避免花費(fèi)大量時間去清理緩存中連續(xù)媒體數(shù)據(jù)，從而降低了處理的延遲。分布式存儲分布式存儲方案兼顧了可供及時調(diào)用和存儲容量不足的問題，考慮到系統(tǒng)的可伸縮性，以及由此帶來的多媒體數(shù)據(jù)存儲容量將日益增長。分布式體系結(jié)構(gòu)可通過高速網(wǎng)絡(luò)將服務(wù)器互聯(lián)起來，將一個源多媒體文件等分到很多條紋單元中，然后分配到多個網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中去。這種體系結(jié)構(gòu)具有良好的可擴(kuò)充性，關(guān)鍵是如何解決服務(wù)器同步、動態(tài)QoS管理、負(fù)載均衡與可靠性等問題。 單流固定回放

41、問題對于如何支持單個連續(xù)媒體流固定回放問題，首先由Gemmell和Christodoulakis提出了他們的研究結(jié)果，結(jié)果表明了只要需要維持最早的起始時間，就可保證所需的數(shù)據(jù)能被及時地緩沖。如圖11-2所示，表示了磁盤讀取函數(shù)r（t）與連續(xù)媒體消耗函數(shù)C（t1，t2）之間的關(guān)系。從磁盤中以塊的形式讀取數(shù)據(jù)，在讀取時間內(nèi)，R（t）表現(xiàn)為斜率不同的線段連接。這是因為媒體的壓縮率不同導(dǎo)致R（t）的斜率不同，如果R（t）的斜率為0，則表示在塊與塊之間沒有數(shù)據(jù)的讀取。圖11-2 讀取函數(shù)、消耗函數(shù)與緩沖函數(shù)的關(guān)系最早回放起始時間研究表明，最小緩沖與最早回放起始時間有關(guān)。只要找到最早的起始時間就可保證最小

42、的緩沖分配。而在這個時間之后開始播放，可以增加緩沖資源的需求量。通過圖示法可以找到合適于播放的最小回放起始時間t0，只要滿足使B（t，0）最小且非負(fù)。具體方法如下：1、若在B（t，0）上，此函數(shù)在0ttr上非負(fù)，則B（t，0）就是一個滿足條件的解，且t0的最小值是0。2、假定在0ttr之間有時刻tmin，存在B（t，0）的最小值，使得B（tmin，0）=-m，那么R（t）與B（t，0）+m的交點(diǎn)就是t0的最小值。最小緩沖分配設(shè)dmax為塊間的最大延遲，rt傳輸速率，rc為回放速率，Ss為磁道扇區(qū)的大小。設(shè)分配的緩沖與記錄長度無關(guān)，則任何算法下的塊大小Sb都必須滿足以下數(shù)目的磁道扇區(qū)大小。如果回

43、放速率rc小于傳輸速率rt，應(yīng)該考慮人為延遲dmin，可限定其為一個常數(shù)K。的情況下，需要分配的磁道扇區(qū)的緩沖nb的大小至少滿足如下關(guān)系。多流固定回放問題而對于多個連續(xù)媒體流固定回放問題，Gemmell等人的研究是基于下列假設(shè)條件的：1. 各通道可以有不同的消耗速率。2. 各通道的回放可以獨(dú)立控制。部分通道可以暫?；胤?，而其它通道仍繼續(xù)回放。3. 不固定讀周期中各通道的讀取總量（因為暫停、不同的消耗速率、不同的壓縮率或不同的采樣率等）。4. 回放所需數(shù)據(jù)被保存在緩沖存儲中，且讀取的數(shù)據(jù)量至少足夠一個讀周期的使用。5. 在一個讀周期內(nèi)，不會發(fā)生數(shù)據(jù)短缺，要求讀出的數(shù)據(jù)能緊跟實(shí)時的需求。Gemme

44、ll的模型是基于排序集合使用的，它是描述任意的塊安排和流調(diào)度模式的一種框架。為了使讀周期內(nèi)不會發(fā)生數(shù)據(jù)短缺，要求讀操作之間的緩存量必須為rcmax的數(shù)據(jù)，其中max表示給定通道兩個讀操作之間最大的時間間隔，關(guān)鍵的問題是如何尋找這個最大的間隔時間。多數(shù)數(shù)據(jù)在介質(zhì)上的存放都可能是不連續(xù)的，所以系統(tǒng)常采用先進(jìn)行排隊后讀取的方式，這樣可以減少尋道的時間和縮短讀周期，從而也減少了對緩沖的需求量。為此，有讀寫請求的通道都被放入到排序集合之中。如果定義每一個排序集合又是個通道的集合：c1，c2cn。令排序集合為S1，S2Ss，其中Si=c1，c2cn。各集合是按固定順序執(zhí)行的，但要在一個集合里要對讀操作進(jìn)行

45、排序以減少尋道時間。在這種條件下，有兩種情況比較特殊。1、只有一個排序集合，尋道時間的優(yōu)化將對其中所有的通道進(jìn)行。最差的情況就是跨兩個時間周期。即對一個通道的讀操作可以在前一個時間周期內(nèi)首先執(zhí)行，而在下一個周期中又于最后一個執(zhí)行。這樣，在兩次讀操作之間的時間大約是兩次讀周期的時間長度。2、一個排序集合僅有一個通道，且在每一個讀周期中讀操作的次序保持固定，那么讀操作之間的時間間隔最多為一個時間周期。由于沒有對尋道進(jìn)行過優(yōu)化，固定排序可能會有更長的讀操作周期。令T（sj）為對排序集合Sj執(zhí)行讀操作的最大的時間，其中包括尋道和其它開銷。對于一個特定的通道c，考慮最差的情況，所有對c的讀請求都是在S的

46、讀周期中第一個執(zhí)行，而在下一周期時在最后一個執(zhí)行，如圖11-3所示。圖11-3 在多流中的特定通道所需的最大延遲則最大的間隔時間max為：它說明，防止某通道在讀操作之間發(fā)生數(shù)據(jù)短缺的必要條件，必須讀足夠多的數(shù)據(jù)，才能保證在讀其它集合和讀同一集合中其它通道時足夠的緩沖數(shù)據(jù)供消耗。該公式可用于分析各種調(diào)度策略。當(dāng)已知max后，則需要的最小緩沖為ri max+，其中依賴于磁盤簇的大小。介質(zhì)調(diào)度算法多進(jìn)程的系統(tǒng)中，各個進(jìn)程分別會不斷請求文件系統(tǒng)的讀/寫操作。當(dāng)進(jìn)程的發(fā)送請求的速度高于介質(zhì)的響應(yīng)速度時，在存儲設(shè)備前將形成一個等待隊列。傳統(tǒng)操作系統(tǒng)有許多介質(zhì)驅(qū)動調(diào)度算法，包括先來先服務(wù)（FCFS）、最短尋

47、道時間優(yōu)先（SSTF）、掃描法（SCAN）、循環(huán)掃描法（C-SCAN）、分組掃描法和電梯調(diào)度法等。它們的主要目標(biāo)是為了減少尋道時間，提高數(shù)據(jù)的流量和對介質(zhì)的隨機(jī)存取。因此無法適用于有時限要求的實(shí)時任務(wù)。為了使多媒體操作系統(tǒng)適應(yīng)連續(xù)媒體的要求，就要將各種方法協(xié)調(diào)起來，以提供實(shí)時要求和必須的穩(wěn)定數(shù)據(jù)率。連續(xù)媒體的I/O系統(tǒng)不僅要滿足周期性的實(shí)時請求，同時在實(shí)時事務(wù)的時限內(nèi)處理非周期任務(wù)的請求。最著名的實(shí)時調(diào)度算法有EDF和RMS算法，它們可使任務(wù)按優(yōu)先級順序的執(zhí)行，所不同的是確定實(shí)時任務(wù)優(yōu)先權(quán)的方法不同。最早時限優(yōu)先法（EDF：Earliest Deadline First）EDF也稱為最早截止時間優(yōu)先算法，EDF算法中，每個任務(wù)都是可剝奪的，根據(jù)每個任務(wù)的最后期限為其分配優(yōu)先級。為最后期限最早的任務(wù)分配最高優(yōu)先級，然后將其請求的資源賦給它。EDF算法是動態(tài)的，系統(tǒng)調(diào)度器在每一次就緒狀態(tài)進(jìn)行調(diào)度。也就是說，每個任務(wù)的優(yōu)先級不是固定不變的，當(dāng)新的任務(wù)到達(dá)時，EDF