Linux实时抢占补丁研究及实时性能测试

准确的量化数据可作为评测及选择实时Linux系统的参考依据。研究实时Linux系统中实时抢占补丁的关键特性,提出一种代码插桩的实时性能评测方法。在增加实时抢占补丁的Linux操作系统上加载运行测试程序,利用测试程序关键位置的代码探测段来获取运行系统中的重要信息,以完成实时性能的评测。对基于数控平台上该实时系统的中断响应时间和上下文切换时间等评测指标进行测试,结果表明,与标准Linux系统的评测指标相比,该系统的中断响应时间和上下文切换时间分别约减少10%和99%,达到了硬实时系统的要求,满足数控应用的实时需求。

硬实时系统中基于软件容错模型的容错调度算法

在硬实时系统中,由于任务超时完成将会导致灾难性后果,因此硬实时系统必须具有实时性和可靠性保障.软件容错模型是提高硬实时系统容错能力的一种有效方法.针对硬实时系统中容错优先级两种分配策略存在的不足,基于软件容错模型提出了一种容错优先级可提升的双重优先级分配策略.该方法通过为替代版本分配双重优先级,不仅能够提高硬实时系统的容错能力,同时还能够显著减少任务间的抢占次数.为了获得双重优先级分配的最佳策略,基于任务最坏响应时间的可调度性分析,首先提出了一种最大的双重优先级配置搜索算法(MDPCSA).然后结合MDPCSA算法,提出了一种最优的双重优先级配置搜索算法(ODPCSA).仿真实验表明,与两种分配策略相比,在提高系统容错能力和降低抢占开销方面更为有效.

多处理器硬实时系统的抢占阈值调度研究

在实时系统中,抢占在提高系统灵活性的同时带来额外的系统开销,特别在多处理器平台上抢占导致的作业迁移会造成相当大的性能下降,减少不必要的抢占是硬实时系统研究的重要方向.抢占阈值调度是处于抢占调度和不可抢占调度之间的一种混合调度方法,在保持调度能力的基础上限制抢占.基于截止期分析建立了多处理器硬实时系统抢占阈值调度的可调度性判定条件,针对抢占阈值调度提出一种改进的优先级分配算法OPA-MLL,并建立了抢占阈值分配(preemption threshold assignment,PTA)算法.仿真结果表明,采用OPA-MLL算法和PTA算法分别给任务集分配优先级和抢占阈值时,可调度任务集比率明显提高,同时能最大程度限制抢占次数.

并行与分布硬实时系统的调度

一、前言实时系统是工作在时间约束下的系统,与一般计算机系统的主要区别是引入了时间概念,这大大地影响了系统的设计、验证和实现。实时系统不但要保证计算结果的逻辑正确性,而且要在规定的时间内完成计算。如果某个实时任务没有按时完成,则可能导致整个系统失败,甚至引起灾难性后果。这类实时系统被称为硬实时(hard real-time)系统。例如,核电厂或导弹控制系统等。

分布强实时系统的可预测性研究

分布强实时系统在国防、航空、航天等领域具有重要作用．可预测性是它的一个主要特点．针对一种分布强实时系统原型，分析和评测了影响强实时系统可预测性的诸延迟因素．给出了一种实时操作系统各种开销的测试方法和结果，建立了分布环境下强实时任务响应时间和FDDI网络延迟上限的计算模型，并进行了实例分析．实验结果说明所做工作的正确性，对于分布强实时系统的设计与时间正确性验证具有重要意义．

一种改进的RM可调度性判定算法

固定优先级任务可调度性判定是实时系统调度理论研究的核心问题之一.目前已有的各种判定方法可归结为两大类:多项式时间调度判定和确切性判定.多项式时间调度判定通常采用调度充分条件来进行,为此,许多理想条件下基于RM(rate monotonic)调度算法的CPU利用率最小上界被提了出来.确切性判定利用RM调度的充要条件,保证任何任务集均可被判定,并且判定结果是确切的.但是由于时间复杂度较差,确切性判定方法难以实现在线分析.提出了一种改进的RM可调度性判定方法(improved schedulability test algorithm,简称ISTA).首先介绍了任务调度空间这一概念,并提出了二叉树表示,然后进一步提出了相关的剪枝理论.在此基础上,研究了任务之间可调度性的相关性及其对判定任务集可调度性的影响,提出并证明了相关的定理.最后基于提出的定理,给出了一种改进的伪多项式时间可调度性判定算法,并与已有的判定方法进行了比较.仿真结果表明,该算法平均性能作为任务集内任务个数的函数具有显著提高.

弱硬实时系统约束规范

从弱硬实时系统定义出发,概述现有弱硬实时约束规范及其相互关系,提出了一种约束规范(m,p),与已有的约束规范作了严格性强弱的比较,并给予了证明;同时修正了Bernat提出的一个约束强弱比较的定理.

一种基于Ethernet的硬实时通信协议

分布式硬实时系统应用日益增长 ,网络处理硬实时消息的能力变得更加重要 .Ethernet是一种非确定性网络 .提出一种基于 Ethernet的通信协议 RTCC,能够向分布式硬实时系统提供硬实时性能保障 ,而 Ethernet硬件不需做任何修改 .RTCC采用命令 /响应多路传输和总线表方式来调度底层通信介质 ,很好地解决了实时通信面临的两个问题 :访问仲裁过程和传输控制过程 .测试结果分析表明 RTCC具有良好的实时性能 .

副版本不可抢占的全局容错调度算法

容错是硬实时系统的关键能力,容错调度算法可以在有错误发生的情况下满足任务的实时性需求.在主副版本机制的容错调度算法中,主版本出错后留给副版本运行的时间窗口小,副版本容易错失截止期.针对副版本需要快速响应的问题,提出副版本不可抢占的全局容错调度算法FTGS-NPB(fault-tolerant global scheduling with non-preemptive backups),赋予副版本全局最高优先级,使副版本在主版本出错后可以立刻获得处理器资源,并且在运行过程中不会被其他任务抢占.这样,副版本可以在最短时间内响应.分别基于截止期分析和响应时间分析建立了FTGS-NPB的可调度性测试,并分析了两种可调度性测试分别适用于不同的优先级分配算法.仿真实验结果表明,FTGS-NPB可以有效地减少实现容错的代价.

基于平滑调度的弱硬实时系统约束规范

约束规范是弱硬实时系统研究的基础。从弱硬实时系统的定义出发,提出了一个新的约束规范,它能够有效实现平滑调度。给出并证明了弱硬实时系统约束规范严格性比较的一个重要定理。业已证明,该约束规范具有良好的性能和较好的适用范围。

强实时系统的调度

实时系统的一个重要研究领域是调度 ,实时任务能否在规定的时限内完成依赖于调度算法的好坏。本文给出了当前强实时系统的主要调度思想和模型 ,并对各算法的特点进行了评述 ,对强实时系统的设计和论证具有重要意义。

基于MPI的电网仿真实时并行计算平台

在电力系统动态电磁暂态仿真的并行计算中,存在超实时和硬实时的问题。为此,提出一种基于MPI的实时并行计算平台。引入硬实时操作系统RTLinux,采用实时内核和PSDD编程模式对仿真并行计算程序、MPICH并行环境和GM软件等进行重构,以获得硬实时特性。测试结果证明,该平台的平均时间性能提高约10%,时间的最大抖动幅度降低50%～80%,并减少了时间的抖动频率。

基于软件容错的抢占阈值调度算法设计与仿真

为了提高硬实时系统的容错能力,同时减少任务间的抢占次数,基于软件容错模型提出了抢占阈值容错调度算法(FT-FPPT).为了获得系统中任务抢占阈值分配的最佳策略,基于任务最坏响应时间的可调度性分析,提出了一种最优的抢占阈值配置搜索算法(PTCSA).PTCSA算法能够将搜索空间由O(n!)减少到O(n 2),其中n为任务的个数.最后给出了该算法的最优性证明.仿真实验表明,抢占阈值容错调度算法能够在抢占式容错调度算法的基础上,进一步提高系统的容错能力。

硬实时系统中自适应反馈软件容错动态调度算法研究

在飞行控制等硬实时系统中由于任务超时完成将会给系统运行带来灾难性后果,而现有软件容错调度算法在处理机利用率较高时,成功执行主任务所占时间比率下降,针对此提出自适应反馈容错动态调度算法,此算法在经典软件容错调度算法BCE(Basic CAT EIT)的基础上,引入反馈调度机制,形成Feedback BCE调度算法。该算法在运行过程中定期监测处理机利用率,将实际处理机利用率与预期值进行比较,根据比较结果调整对任务集的调度。实验表明,相对于其他同类算法,自适应反馈软件容错调度算法有效降低了浪费的CPU时间片数量,提高了成功执行主任务所占时间比率,有效降低了因处理机超载而引起的主任务丢失率。

短事务、强实时双机容错系统的研究

在军事、工业控制以及电子商务系统中存在着大量的高可用、短事务、强实时应用 .在这些应用中 ,采用双机系统具有较高的性能价格比 ,如何保证双机系统的强实时性、高可用度和服务“不断流” ,是其中的关键技术难题 .文中着重论述了系统可用度、故障检测、结果判别和状态切换中的关键问题 .在理论的指导下 ,给出了实现策略和实际测试数据 .测试数据表明本方案完全满足系统的要求 ,并且在具体工程实践中得到了应用 ,取得了明显的效果 .

基于调度窗口的弱硬实时系统改进DBP调度算法研究

针对弱硬实时系统中平滑调度的要求,首先阐述基于调度窗口的弱硬实时约束规范,然后在传统的DBP算法基础上提出W-DBP算法,实现系统的平滑调度.W-DBP算法有效解决了传统DBP算法中存在的公平性和瞬时过载等问题.仿真对比试验和分析表明:W-DBP算法在弱硬实时系统中有良好的表现.

基于杂交遗传算法的多处理器硬实时容错调度算法

传统的硬实时容错调度算法获得了较好的容错性能,但其任务拒绝率、处理器分配偏差比例以及最早完成时间等性能参数不佳,对此提出了一种基于杂交遗传算法的优化方案,并对传统的硬实时容错算法进行优化。采用了中心型调度模型,并采用了任务备份方案来实现容错能力。将任务拒绝率、处理器分配偏差比例以及最早完成时间三个优化参数作为遗传算法适应度目标函数的三个带权分量,对其进行优化,通过遗传算法的杂交与迭代计算获得了优化的结果。最终使用不同的任务数量与处理器数量的组合对本算法与传统算法进行对比实验,结果可看出本算法的三个优化参数明显优于传统算法,且总适应度值亦比传统算法有明显改进。

软件容错模型中的部分抢占实时调度算法

为了减少软件容错模型中实时调度算法的抢占次数,提出了一种部分抢占调度算法(PPA),该算法不仅考虑了如何尽可能多地执行主部分,还考虑了如何减少抢占次数,采用了类似非抢占最早时限优先算法(EDFA)来调度主部分.对不同CPU利用率和软件错误概率的任务集合进行模拟实验,结果表明,PPA算法在可以获得与目前所知的同类算法近似调度性能的同时,还可以在一定情况下极大地减少任务调度间的抢占次数,从而减少了系统中因抢占次数过多带来的额外运行时调度开销等负面因素.

针对弱硬实时系统的DRM调度算法

本文在定义支持多级QoS的弱硬实时系统周期任务模型的基础上,提出基于RM调度策略的弱硬实时调度算法DRM,它具备可调度判定不等式,不限定任务的QoS参数模式,并通过在调度的过程中动态调整任务的优先级来反映其紧迫程度.在系统过载时,DRM调度算法可以采用QoS退化机制,在保证紧要任务以及其所要求的最低QoS执行的同时,适当降低某些任务的服务等级,使得更多的任务可以有效运行,以此来提高系统对负载的适应性.最后,本文通过仿真实验,验证了DRM以及QoS退化机制的有效性.

基于回卷恢复的容错硬实时系统可调度性分析

在硬实时系统中,由于任务超时完成将会导致灾难性后果,因此硬实时系统必须具有实时性和可靠性保障。为了提高硬实时系统的容错能力,基于回卷恢复模型提出了允许容错优先级提升的分配策略。为了获得系统中容错优先级分配的最佳策略,基于任务最坏响应时间的可调度性分析,提出了一种最优的容错优先级配置搜索算法(fault-tolerant priority configuration search algorithm,FTPCSA)。该算法能够将搜索空间由O(n!)减少到O(n2)。最后给出了该算法的最优性证明。经过深入分析和实验证明,允许容错优先级提升的分配策略能够在容错优先级继承策略的基础上,进一步提高系统的容错能力。