4、分区调度算法：P-EDF、P-RM与任务到核的静态分配
好，咱们接着聊分区调度。前面几章我们把多核调度的整体框架搭起来了，也聊了全局调度那些事儿。这一章，我重点讲讲分区调度里的三个核心问题：P-EDF、P-RM，还有任务到核的静态分配。
说实话，我在实际项目中，分区调度用得比全局调度多得多。为什么？因为它的确定性好，分析起来心里有底。你想想看，每个核跑自己的任务集，互不干扰，出了问题也好定位。嗯，这里有个前提——你得把任务分对地方。
4.1 分区调度的基本思想
分区调度，说白了就是「分而治之」。我们把整个系统的任务，按照某种规则，提前分配到各个CPU核心上。每个核心独立运行自己的调度器，核心之间没有任务迁移。
这样做的好处很明显：
- 隔离性强：一个核上的任务出问题，不会波及到其他核
- 可分析性好：每个核可以当作单核系统来分析可调度性
- 实现简单：不需要复杂的负载均衡机制
但代价呢？就是灵活性差。一旦分配好了，运行期间不能动态调整。我曾经在一个项目中吃过这个亏——任务分配时没考虑周全，结果某个核负载过高，另一个核却闲着。那叫一个憋屈。
4.2 分区最早截止时间优先（P-EDF）
P-EDF，就是把EDF调度算法用在每个核上。每个核上的任务，按照绝对截止时间排序，截止时间越早，优先级越高。
我个人习惯在软实时系统中用P-EDF。为什么？因为EDF的CPU利用率可以跑到100%（理论上），比RM高出一截。但要注意，EDF有个「多米诺骨牌效应」——一旦一个任务超期，后面的任务可能跟着全崩。
核心要点：P-EDF的可调度性条件
对于每个核上的n个任务，如果满足：
∑(Cᵢ / Tᵢ) ≤ 1
那么该核上的所有任务都是可调度的。其中Cᵢ是任务i的最坏执行时间，Tᵢ是任务i的周期。
这里有个坑——上面的条件只是充分条件，不是必要条件。也就是说，即使利用率超过1，也不一定就不可调度。但工程上，我建议你老老实实按这个条件来，别去赌那个「不一定」。
4.3 分区速率单调（P-RM）
P-RM就更有意思了。它是固定优先级调度，任务的优先级由周期决定——周期越短，优先级越高。
我在做硬实时系统时，更倾向于用P-RM。原因有三：
- 实现简单：优先级固定，运行时开销小
- 可预测性强：高优先级任务不会被低优先级任务阻塞太久
- 分析工具成熟：响应时间分析（RTA）方法很完善
但P-RM有个著名的「利用率天花板」问题。对于n个任务，可调度性的充分条件是：
∑(Cᵢ / Tᵢ) ≤ n × (2^(1/n) - 1)
当n→∞时，这个值趋近于ln2 ≈ 0.693。也就是说，任务越多，你能用的CPU资源越少。我曾经在一个8核系统上，每个核跑了6个任务，结果利用率只能用到70%左右，剩下的30%就这么浪费了。心疼啊。
我的建议：如果任务周期差异很大（比如有的1ms，有的100ms），用P-RM比较合适。如果任务周期都差不多，P-EDF可能更好。
4.4 任务到核的静态分配
这才是分区调度的精髓所在。任务分得好不好，直接决定了系统能不能跑起来。
静态分配，就是在系统启动前，把每个任务固定到某个核上。分配策略有很多种，我挑几个常用的说说：
| 分配策略 | 核心思想 | 适用场景 |
|---|---|---|
| 首次适应（First-Fit） | 按顺序找第一个能放下的核 | 任务数量少，快速原型 |
| 最佳适应（Best-Fit） | 找剩余容量最接近任务需求的核 | 追求高利用率 |
| 最差适应（Worst-Fit） | 找剩余容量最大的核 | 平衡负载 |
| 分组分配（Partitioning） | 按任务类型分组，每组一个核 | 功能模块化设计 |
我个人比较喜欢最佳适应策略。虽然计算量稍大，但能最大化利用CPU资源。不过要注意，最佳适应容易造成「碎片化」——每个核上都剩一点零碎容量，但放不下新任务。
避坑指南：我曾经在一个项目中，用首次适应分配了20个任务到4个核上。结果跑起来才发现，有两个核的利用率超过95%，另外两个核才50%。后来改用最佳适应，重新分配了一遍，利用率均衡多了。所以，分配策略一定要根据实际负载来选，别偷懒。
4.5 一个简单的分配示例
假设我们有4个任务，要分配到2个核上。任务参数如下：
| 任务 | 周期T (ms) | 执行时间C (ms) | 利用率U = C/T |
|---|---|---|---|
| Task1 | 10 | 3 | 0.30 |
| Task2 | 20 | 5 | 0.25 |
| Task3 | 15 | 4 | 0.27 |
| Task4 | 50 | 8 | 0.16 |
用最佳适应策略，分配过程是这样的：
- 先排个序，按利用率从大到小：Task1(0.30), Task3(0.27), Task2(0.25), Task4(0.16)
- Task1放到Core0，Core0剩余容量：1 - 0.30 = 0.70
- Task3放到Core0？0.27 ≤ 0.70，可以。Core0剩余：0.70 - 0.27 = 0.43
- Task2放到Core0？0.25 ≤ 0.43，可以。Core0剩余：0.43 - 0.25 = 0.18
- Task4放到Core0？0.16 ≤ 0.18，可以。Core0剩余：0.18 - 0.16 = 0.02
最终，所有任务都放到了Core0上，Core1空闲。这显然不是最优解。如果手动调整一下：
// 更好的分配方案
Core0: Task1(0.30) + Task2(0.25) = 0.55
Core1: Task3(0.27) + Task4(0.16) = 0.43
这样两个核的负载就均衡多了。所以，自动分配算法只是起点，人工调优才是关键。
4.6 总结与建议
好了，这一章的内容就这些。我最后给你几个实用建议：
- 选P-EDF还是P-RM？ 看你的实时性要求。硬实时选P-RM，软实时选P-EDF。
- 任务怎么分？ 先用自动分配算法打个底，再根据实际运行数据手动调优。
- 别忘了留余量：别把CPU利用率推到100%，留个10%-20%的余量，给未来扩展和突发负载。
下一章，我们会聊聊混合调度策略——把分区调度和全局调度结合起来。嗯，那才是真正考验架构师功底的地方。