单调速率及其扩展算法的可调度性判定

任务可调度性判定是实时系统调度理论研究的核心问题.单调速率(RM)算法是实时调度的重要算法,自其提出以来已被广泛研究.然而到目前为止,尚缺乏专题性的文章来系统而深入地探讨RM及其扩展算法的可调度性判定,以及各种现实条件和实现方式(包括任务调度的时间开销和任务同步问题等)对可调度性的影响.围绕RM算法下的可调度性判定问题,由浅入深,系统性地讨论各种不同假设和实现方式对可调度性的影响,具体分为下述3大类问题:(1) 理想的RM算法下的可调度性判定的CPU利用率最小上界及可调度的充分必要条件;(2) 考虑调度时间开销情况下的可调度性判定条件;(3) 优先级反转协议及其对可调度性的影响.给出了具体实例来阐述上述问题,并从算法复杂度和可检测率两方面来比较各种算法的优劣.

RM及其扩展可调度性判定算法性能分析

可调度性判定是实时调度算法的关键问题·单调速率算法RM(ratemonotonic)及其扩展是应用广泛的实时调度算法,大量文献讨论了实时任务在这些算法下的可调度性判定,给出了相应的判定算法·但迄今为止,对这些判定算法的性能分析都是理论上的定性分析或者只是少数几种判定算法之间的简单比较,这不利于实时系统的开发·归纳了RM及其扩展的可调度性判定算法,通过测试平台,系统地测试和分析了各算法的性能和适用场合,讨论了各种条件和实现方式对算法性能和可调度性的影响·

单处理器平台下的严格周期任务可调度性判定

针对系统调度理论研究中的严格周期任务可调度性判定问题,从研究实时系统中严格周期任务之间的相互干涉关系出发,提出一种基于特征任务的可调度性判定方法。分析严格周期任务在单一处理器平台下无冲突运行的时间约束,计算任务所能使用的全部空余时间,进而界定连续空余时间是否满足任务执行的需要,得到一个可调度性判定的充要条件。实验结果表明,与特征映射任务分配方法相比,该方法能够减少判定时间,提高判定成功率,具有更优的可调度判定性能。

基于双曲线边界的多处理器实时任务可调度性判定

Lopez等学者求解出基于单调速率算法和首次适应分派策略的多处理器实时任务可调度性判定边界.该边界在所有O(m)复杂度的判定边界中是最优的.基于Bini等学者针对单处理器提出的双曲线可调度性判定方法,给出了一种多处理器实时任务可调度性判定边界.新边界在相当数量的利用率分布下明显优于已有边界.新边界与已有边界具有相容性,所以虽然新边界无法在所有情况下超越已有边界,但在实际应用中可联合两种边界进行判定,在不增加计算复杂度的同时全面提高可调度任务集的数量.

基于单调速率的可调度性判定改进算法

在单调速率调度策略的基础上,提出一种改进的任务集可调度性判定算法。该算法通过设定时钟变量模拟调度过程中的系统时钟,在时钟变量值增长过程中,根据任务优先级从高到低的顺序,分析各个任务的截止时间限的满足情况,判定任务的可调度性,从而确定任务集的可调度性。通过实例分析及与现有判定方法的比较,验证了该算法的正确性和高效性。

偏序的周期任务间可调度性判定算法

在测试领域,偏序的严周期任务和非周期任务很常见,但迄今为止,很少看到对这类系统的可调度性分析。使用有向循环图来描述任务间的偏序关系,在以任务属性为参数的实时系统模型基础上,通过理论分析了在非抢占的条件下,这类系统中非周期任务和与之成偏序关系的严周期任务间的可调度性判定方法。结果表明:在这类系统中,非周期任务往往会继承与其成偏序关系的前趋或后继任务的周期。

全局EDZL实时调度算法的可调度性判定

可调度性判定就是离线验证实时系统中所有任务是否可调度。通过可调度性判定,能够更好地保证实时系统的可靠性。分析在多处理器实时系统中全局EDZL算法的任务需求,考虑了带入作业和带出作业对处理器资源的需求。引入最大连续忙区间的概念,以确定带入作业的最大个数,得到了多处理器实时系统中全局EDZL算法的可调度性判定算法。通过构造大量实时任务集,对不同的判定方法进行了实验,检查通过可调度性判定的任务集数量。实验结果表明,这种方法在多处理器实时系统中是一种更为紧密的可调度性判断方法。

基于仿真方法的任务集可调度性判定工具

针对含有纯周期任务的任务集可调度性判定问题,提出一种基于仿真方法的任务集可调度性判定工具。通过设定时钟变量,模拟任务调度过程中的系统时钟,在时钟变量值增长的过程中,根据任务优先级从高到低的顺序,分析各个任务的截止时间限,判定任务集的可调度性。实例分析证明了该工具的可调度性判定结果正确。

基于RMA的雷达数据处理任务可调度性判定

实时系统中任务的可调度性是系统正确的关键.单调速率调度算法RMA是任务调度的重要算法,通过对雷达数据处理任务的时间需求模型的分析,使用RMA对该任务进行了可调度性判定.在分析任务两种不同的实现方法及相应时间开销的基础上,给出了这两种实现方法在RMA下可调度性判定的充分必要条件.

基于AADL的综合航电分区系统可调度性判定

综合模块化航电(IMA)系统中的分区系统提高了其可靠性和安全性,但在系统设计和实现过程中,应采用各种分析和验证方法确保系统的时间需求得到满足。为此,针对符合ARINC653规范的IMA系统,根据分区系统层级调度的特性,提出一种基于仿真的分区任务集可调度性判定方法。借助Cheddar工具及其自定义调度策略功能,使架构分析和设计语言(AADL)具有对分区系统进行建模的能力,并利用该工具对AADL模型进行仿真以判定系统的可调度性。实例分析结果表明,该方法能自动、准确、快速地进行可调度性判定,并以甘特图的方式绘制任务调度过程,得到直观、详细的结果。

复杂实时系统可调度性判定工具的研究与实现

针对包含多处理器、多分区结构的复杂实时系统存在的可调度性判定问题,提出一种基于仿真方法的任务集可调度性判定工具。通过设定时钟变量模拟任务调度过程,依据纯周期任务集的特性确定仿真区间,调用优化的判定算法,判定任务集的可调度性。测试结果及实例分析表明,该工具能自动、准确、快速地判定任务集的可调度性,并以甘特图的方式绘制任务调度过程,较现有工具更为高效、直观。

实时调度EDZL算法的可调度性判定

针对多处理器实时调度中的EDZL调度算法,利用多任务之间的相互干涉关系,找出与多处理器之间的时间约束条件,提出了一种可调度性判定的方法,并对给出的判定方法进行了证明。给出了一种判定多处理器实时EDZL可调度性的算法,这种方法可在设计多处理器实时系统时使用。

多处理器EPDFPfair算法的可调度性判定

针对多处理器实时调度中的最早伪时限优先(EPDF)Pfair算法,分析了EPDF算法在M个处理器平台上的可调度利用率约束,根据基于利用率的充分可调度性判定,提出了一种改进的可调度性判定方法。这种方法可以得到更多的可调度任务集,从而使得满足判定的强实时系统和使用tie-breaking规则困难的动态任务系统的调度有较小的开销。实验结果表明,改进的可调度性判定方法增加了判为可调度的任务集数量,具有较好的性能。

多处理器固定优先级算法的可调度性分析

针对多处理器实时调度中的固定优先级(FP)调度算法,提出了一种改进的可调度性判定方法。引入Baruah的最早截止期优先(EDF)窗口分析框架,将高优先级任务带入作业的最大数量限定为m-1(m为处理器个数),进而对任务的干涉上界进行重新界定,并由此得到一个更加紧密的可调度性判定充分条件。仿真实验结果表明,该方法增加了通过判定任务集的数量,体现出更优的可调度判定性能。

全局固定优先级实时调度算法分析

基于截止期分析和响应时间分析可以对全局固定优先级实时调度算法进行可调度性判定。而传统方法在实时任务中带入作业,处理器无法满足实时任务的计算需求。为此,提出一种可调度性判定方法。通过区分实时任务在具有和没有带入作业时产生的干涉,考虑带入作业的个数与实时系统中处理器的个数相关。实验结果表明,该方法能够减少计算的干涉量,得到一个更紧密的可调度性判定条件,提高多处理器实时系统中通过可调度性判定的任务数量。

星载操作系统中面向混合多任务类型的两级准入控制策略

随着空间技术的发展,星载操作系统从单一任务类型的封闭式系统转变为多种任务类型混合的开放式系统,此时系统的可预测性难度和不确定性增大,而现有的表调度策略已无法解决该场景下多任务类型混合调度时的可调度性分析问题,同时也不能支持系统运行时新任务的动态载入,阻碍了星载操作系统的智能化和多样化发展.针对该问题,本文以保障航天器的实时性需求及功能的可扩展性为研究目标,提出基于任务关键等级的两级准入控制策略.通过模型建立对任务的时间特性进行了描述,并全面分析了高优先级任务产生的最大干扰时间,进而分别提出基于干扰时间上界和基于响应时间分析的可调度性判定方法.实验结果表明,相较于现有算法,本文方法极大地减小了高优先级任务干扰时间的计算开销,并通过对任务运行时信息的追踪,改善了算法实时性能,提升了处理器利用率,为解决航天器系统中零散任务的准入控制问题提供了理论基础.

基于μC/OS-Ⅱ的嵌入式BACnet网关实时调度策略研究

介绍了基于实时操作系统μC/OS-II的嵌入式BACnet网关的实时调度策略.通过扩展速率单调(ERM)算法的可调度性判定,证明BACnet网关是可以采用ERM算法进行多任务实时调度的.对嵌入式BACnet网关的实际测试验证了ERM算法的可行性.

基于单调速率调度算法的μC/OS-II多任务周期的设计

嵌入式实时操作系统μC/OS-II对于多任务调度采用让就绪表中优先级最高的任务总是处于运行状态,这种策略在周期性多任务的调度中存在着缺陷,可能使得任务的周期设计不当导致任务不能被调度。通过引入单调速率调度算法,在对多个任务设计任务周期时予以分析,确定每个任务都能被调度。

基于分区的航电系统调度分析工具实现

针对仅含纯周期任务集合、符合ARINC653多分区构架航电系统两级调度模型的可调度性判定问题,提出一种基于分区的航电系统调度分析工具。通过设定时钟变量模拟航电系统各分区中任务集调度过程,依据纯周期任务集及分区航电系统时间片分派特性确定仿真区间,设计优化的调度分析算法,判定航电系统分区级时间片分派的正确性及各分区中任务集的可调度性。测试及实例分析结果表明,该工具能自动、准确、快速地判定航电系统分区以及任务级调度模型的可调度性,并能以甘特图的方式绘制系统调度过程,较现有工具更为直观、高效。

基于发布/订阅模型的中间件实时拓展

基于发布/订阅模型的卫星数据模型中间件不具备实时性。为此,给出一种对其进行实时拓展的服务软件总体框架。提出将任务的中间件优先级映射到本地节点优先级的线性均匀分布动态映射算法。引入超周期思想,在静态优先级可抢占调度算法下,对优先级任意的硬实时周期和非周期混合任务进行可调度性分析。采用恢复块技术对其进行冗余备份以解决服务软件单点故障。分析结果表明,该框架基本可以满足实时系统的要求。