抢占式调度策略与非抢占式调度策略是操作系统中任务调度的两种基本方式，特别是在实时操作系统（如 VxWorks）中尤为关键。这两种调度策略的主要区别在于任务的执行方式以及它们在何时、如何让出 CPU 资源给其他任务。

1. 抢占式调度策略

抢占式调度（Preemptive Scheduling）是一种操作系统调度策略，允许操作系统在某个任务执行时，根据调度策略将任务中断，转而执行优先级更高的任务。抢占意味着系统能主动“抢夺”当前占用 CPU 的任务执行权，并赋予优先级更高的任务。这种调度策略特别适用于需要及时响应的实时系统。

主要特征：

• 优先级调度：抢占式调度系统通常基于优先级。高优先级的任务随时可以打断低优先级任务，并获得 CPU 使用权。
• 实时性强：抢占式调度可以确保那些对时间敏感的高优先级任务能够及时获得执行机会。
• 任务切换频繁：由于高优先级任务可以随时打断低优先级任务，任务切换（context switch）会较为频繁。
• 内核的干预：操作系统内核负责管理和监控任务的执行状态，并根据调度策略做出抢占决策。

抢占式调度示例：

假设系统中有两个任务：任务 A（优先级低）和任务 B（优先级高）。任务 A 正在运行时，任务 B 被激活。由于任务 B 的优先级更高，操作系统会立即暂停任务 A，将任务 B 切换到运行状态，等任务 B 完成或进入等待状态后，再让任务 A 继续运行。

优点：

• 实时响应性高：由于优先级高的任务能够随时打断低优先级任务，实时性任务能及时得到处理。
• 资源利用率优化：系统可以动态分配 CPU 资源，确保关键任务能够及时执行。

缺点：

• 高频任务切换带来的开销：频繁的任务切换可能会带来系统性能的开销，包括任务切换时保存和恢复任务上下文所需的时间。
• 复杂性增加：由于抢占式调度涉及优先级抢占与中断管理，系统的开发与调试难度会增加。

2. 非抢占式调度策略

非抢占式调度（Non-preemptive Scheduling）是一种更为简单的调度策略。在非抢占式调度中，任务一旦获得了 CPU 资源，就会持续运行直到任务主动释放 CPU（例如任务执行完成或进入等待状态）。操作系统不会在任务执行过程中强制剥夺其 CPU 使用权。

主要特征：

• 任务主动让出 CPU：任务在非抢占式调度系统中要么自己执行完毕，要么主动让出 CPU，例如进入等待状态或者调用某些系统服务。
• 调度简单：系统无需监控和判断任务优先级，可以降低调度的复杂性。
• 可能导致实时性不足：如果某个低优先级的任务占用了 CPU，且不主动释放，高优先级的任务就需要等待，可能无法及时执行。

非抢占式调度示例：

同样有两个任务：任务 A（优先级低）和任务 B（优先级高）。在非抢占式系统中，如果任务 A 已经获得 CPU 使用权，任务 B 即使激活了，也必须等待任务 A 完全执行完成或主动让出 CPU 后，才会得到执行机会。

优点：

• 实现简单：调度器不需要频繁干预任务的执行过程，只需等待当前任务完成或等待其让出 CPU。
• 任务切换开销小：任务切换次数相对较少，系统的上下文切换开销降低。

缺点：

• 实时性较差：如果某个长时间执行的任务不主动让出 CPU，其他需要快速响应的任务（即使优先级更高）也会被阻塞。
• 容易产生优先级倒置：非抢占式调度中，优先级低的任务可能会长期占用 CPU，导致高优先级任务无法执行。

3. 抢占式与非抢占式调度的比较

4. 应用场景

抢占式调度的应用：

• 实时操作系统（RTOS）：在 RTOS 中，抢占式调度非常重要，因为系统需要根据任务的优先级，确保关键任务可以及时处理。例如，嵌入式设备的传感器数据处理、自动驾驶汽车的控制系统。
• 多任务并发系统：当多个任务同时运行，且有些任务需要优先执行时，抢占式调度有助于保证高优先级任务不会被低优先级任务长期阻塞。

非抢占式调度的应用：

• 简单嵌入式系统：资源有限、任务简单的嵌入式系统通常采用非抢占式调度。例如，某些工业控制系统或家电设备的控制逻辑。
• 批处理系统：在某些批处理系统中，任务的执行顺序不需要被频繁打断，因此可以使用非抢占式调度来简化设计。

5. 混合调度策略

有些操作系统结合了抢占式与非抢占式调度策略，提供了更加灵活的调度机制。例如，某些任务可以采用抢占式调度，而某些任务采用非抢占式调度。这种混合调度策略既能确保系统的实时性，又可以在某些特定情况下简化任务调度逻辑。VxWorks 等高性能实时操作系统就支持这样的灵活调度策略。