容错优先级可提升的抢占阈值容错调度算法

基于软件容错模型,提出了允许容错优先级提升的抢占阈值容错调度算法(extended fault-tolerantfixed-priority with preemption threshold,简称FT-FPPT*).该算法能够在抢占式容错调度算法(fault-tolerantfixed-priority preemptive,简称FT-FPP)和抢占阈值容错调度算法(fault-tolerant fixed-priority with preemptionthreshold,简称FT-FPPT)无法提高系统容错能力的情况下,进一步提高系统的容错能力.为了获得系统中任务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,提出了一种最优的优先级配置搜索算法(priorityassignment search algorithm,简称PASA).经过深入分析和实验证明,与FT-FPPT算法相比,FT-FPPT*算法能够有效地提高硬实时系统的容错能力.     

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.     

改进的单调速率调度算法

实时系统中调度算法起着重要的作用.单调速率调度算法(rate monotonic algorithm,RM)是一种被 广泛使用的调度算法,并且已被证明是一种最佳的静态优先级算法.传统的RM算法忽略上下文切换需要消耗的时间,针对此问题,提出了一种延迟抢占的改进方法.该方法考虑了上下文切换消耗时间对调度算法的影响,可以减少...     

FPTS:一种任务间存在共享资源时的抢占阈值调度算法

受到广泛关注的抢占阈值调度算法能够有效减少现场切换次数,防止不必要的任务抢占,降低资源额外消耗,提高任务集合的可调度性.目前该调度算法的研究工作大多围绕独立任务集合展开,在实际实时系统中任务经常需要互斥访问共享资源,任务之间由于资源共享而导致的相关性对于任务集合的优先级分配和抢占阈值分配都有很大的影响.SRP协议是在实时系统中得到广泛应用的资源访问控制协议,具有死锁避免、提前阻塞、共享任务栈等一系列优良特性.将SRP和抢占阈值调度算法结合起来,提出FPTS调度模型,给出相应的可调度性判定公式,考虑在任务之间使用SRP协议时求解任务抢占阅值分配,最后给出计算抢占阈值分配的伪多项式时间算法.     

基于动态抢占阈值的实时调度

具有抢占阈值的调度算法集非抢占调度和纯抢占调度的特点，既减少了由于过多的随意抢占造成的CPU资源浪费，又保证了一定的任务截止期错失率及CPU资源利用率。已有的工作基本集中于讨论任务集完全给定，任务数、任务的优先级及任务的抢占阈值在调度前已完全确定，而且要求不同的任务具有不同的优先级，提出的具有抢占阈值的调度算法，完全放松了对这些条件的限制，即任务的个数不确定，任务的优先级及其抢占阈值在调度过程中可以动态地变化。最后以常用的LSF调度策略为例，结合动态的抢占阈值进行仿真，仿真结果表明，对于不确定的任务集、任务优先级和抢占阈值，利用具有抢占阈值的动态调度算法，降低了任务截止期错失率、提高了CPU的有效使用率。     

一种实时进程调度算法的研究

在实时系统中,进程调度算法性能的好坏直接对系统的实时性起着决定性的作用。因此,该文介绍实时调度和进程调度算法的相关定义,对常见的动态优先级调度算法和静态优先级调度算法的不足之处进行了解析。据此提出了一种基于优先级的动态分配策略（Dynamic allocation strategy based on priority）的进程调度算法。     

一种不影响任务集合可调度性的优先级映射算法

采用静态优先级调度的实时系统中,当任务个数多于优先级个数时,只能给多个任务分配相同的优先级·现有分配算法增大了高优先级任务的最坏情况响应时间,可能造成任务集合不可调度·利用抢占阈值的调度算法,能在提高任务集合可调度性的同时,使用较少的线程·但所用优先级个数没有减少·提出了一种优先级映射算法———阈值段间映射法(threshold segment mapping,TSM),以及与之配合的事件驱动线程框架·证明了TSM是严格排序的·仿真结果表明,在保证任务集合可调度的前提下,TSM使用了比现有映射算法更少的优先级·     

一种实时进程调度算法的研究

在实时系统中,进程调度算法性能的好坏直接对系统的实时性起着决定性的作用。因此,该文介绍实时调度和进程调度算法的相关定义,对常见的动态优先级调度算法和静态优先级调度算法的不足之处进行了解析。据此提出了一种基于优先级的动态分配策略(Dynamic allocation strategy based on priority)的进程调度算法。     

一种有限优先级的静态优先级分配算法

静态优先级调度在实时系统中得到了广泛应用.然而,静态优先级调度受到系统支持的优先级个数的限制.当任务的个数大于优先级个数时,需要将多个任务映射到同一个优先级.针对优先级个数有限的情况,给出了在截止期限大于周期时任务可调度的充分必要条件,并提出了基于有限优先级的静态优先级分配算法(AGP).AGP算法对于基本任务集合是最优的静态优先级分配算法.其最优性表现在,所需的优先级个数最小,并且若采用AGP算法不可调度某个任务集,则采用其他静态优先级分配算法也不可调度该任务集.模拟结果表明,AGP算法的可调度性要远远大于常量法.AGP算法对于解决在嵌入式实时系统中任务的优先级分配问题具有重要意义.     

低复杂度的阈值优化实时调度算法

嵌入式实时系统在其CPU及内存资源相对稀缺时,必须采用复杂度低,系统开销小的调度算法.基于阈值的调度算法可以提高任务的调度性,减少任务间的切换,以此减少内存需求和系统开销.提出了基于抢占差值的阈值分配优化算法.算法在最小阈值分配法基础上,从高优先级向低优先级方向设置任务的阈值,为任务集找出一组满足最大抢占差值的阈值分配方案.经过理论分析及实例验证,算法可以显著降低任务的切换次数,并且算法的复杂度优于传统的优化算法.     

面向对象实时多任务系统的优化实现模型

论文提出了一种基于抢占门限的实时多任务系统的优化实现模型,它同时具有低开销与高可调度性。该模型扩展了固定优先级调度模型,同时通过实现模型中线程数的减少实现了运行时的低开销。文中同时也讨论了互不抢占分组的实现算法及每个任务最大抢占门限的分配算法。     

嵌入式系统开发的实时性能和可靠性探讨

为了理解RTOS如何通过系统调度策略实现实时性要求,通过描述嵌入式系统和实时系统的关键特性,探讨在硬件和软件组件的基础上开发嵌入式系统的解决方案,介绍抢占式调度、可抢占的内核、优先级继承和中断处理等概念.     

一种提高构件化嵌入式操作系统性能的方案

本文分析了现有构件化嵌入式操作系统所用调度算法存在的缺点,提出抢占阈值调度算法是更为合适的算法。通过仿真实验比较抢占阈值调度算法、非抢占式调度算法和FIFO(First-In-First-Out)调度算法的性能,证明了上述结论。通过分析现有嵌入式系统构件模型的特点,提出了一种构件模型以及将构件映射成任务的方式,还提出了一种设计方法。整个方案能提高构件化嵌入式操作系统的性能。     

EPTS:一种实时动态电压调整的抢占阈值调度器

低功耗目前已成为嵌入式实时系统设计中非常重要的性能需求。动态电压调度DVS机制通过动态调整处理器电压进而有效降低系统功耗,正在逐渐得到广泛应用。抢占阈值调度策略实现双优先级系统,每个任务具有两个优先级,任务优先级被用于任务之间竞争处理器,而抢占阈值作为任务开始运行后实际使用的优先级,从而减少现场切换次数,降低系统功耗,同时也提高整个任务集合的可调度性。本文提出一种在线节能调度算法EPTS,拓展抢占阈值调度模型,在任务执行过程中动态调节处理器电压,力求在保证任务集合可调度性的前提下尽可能减少系统功耗,提高系统性能。而后在AMDAthlon4处理器和RT-Linux平台上实现了EPTS调度器,实验证明对于实际任务集合能够有效节能,提高了处理器的利用率,改善了RT-Linux的实时性能。     

改进的最小空闲时间优先调度算法

最小空闲时间优先(least slack first,简称LSF)算法结合任务执行的缓急程度来给任务分配优先级.任务所剩的空闲时间越少,就越需要尽快执行.然而,LSF算法造成任务之间的频繁切换或严重的颠簸现象,增大了系统开销,并限制了其应用.在调度策略中设置抢占阈值可以减少任务之间的切换,但现有的抢占阈值设置方法因受到固定优先级的限制而不适用于LSF算法.为了减轻LSF算法的颠簸现象,基于抢占阈值的思想,提出适用于LSF算法的抢占阈值分配方法,动态地给每个任务配置抢占阈值.任务的抢占阈值是随着任务执行的缓急程度不同而动态地变化的,而且不受任务个数的限制.仿真结果表明,通过对LSF算法的改进,任务之间的切换大大减少,同时降低了任务截止期错失率.该改进型算法对设计和实现实时操作系统具有一定的参考价值.     

Dual ceiling protocol for real-time synchronization under preemption threshold scheduling

The application of object-oriented design methods to real-time embedded systems is seriously hindered by the lack of existing real-time scheduling techniques that can be seamlessly integrated into these methods. Preemption threshold scheduling (PTS) enables a scalable real-time system design and thus has been suggested as a solution to this problem. However, direct adoption of PTS may lead to long priority inversion since object-oriented real-time systems require synchronization considerations in order to maintain consistent object states. In this paper, we propose the dual ceiling protocol (DCP) in order to solve this problem. While DCP exploits both priority ceilings and preemption threshold ceilings, this is not a straightforward integration of existing real-time synchronization protocols for PTS. We present the rationale for the locking conditions of DCP and show that it leads to the least blocking and response times by comparison with other real-time synchronization protocols. We also present its blocking properties and schedulability analyses. We implemented PTS and DCP in a real-time object-oriented CASE tool and present the associated experimental results, which show that the proposed protocol is a viable solution that is superior to other real-time synchronization protocols for PTS.     

Design optimization for AUTOSAR models with preemption thresholds and mixed-criticality scheduling

Safety-critical embedded systems are often subject to multiple certification requirements from different certification authorities, giving rise to the concept of Mixed-Criticality Systems. Preemption Threshold Scheduling (PTS) is an effective technique for reducing stack memory usage by selectively disabling preemption between pairs of tasks. In this paper, we consider the AUTOSAR standard in automotive embedded software development, where each task consists of multiple runnables that are scheduled with static priority and preemption threshold. We address the problems of design synthesis from an AUTOSAR model to minimize stack usage for mixed-criticality systems with preemption threshold scheduling, and present algorithms for schedulability analysis and system stack usage minimization. Experimental results demonstrate that our approach can significantly reduce the system stack usage.     

基于改进型统一调度算法改善任务集的可调度性

实时系统要求任务在最差情况下能在其截止时间前获得结果,若超过了其截止时间,也会认为是错误的行为,所以改进任务可调度性分析、提高任务集可调度性尤其重要。统一调度能结合固定优先级调度的优点,防止不必要的抢占,降低资源额外销耗,能够提高任务集合的可调度性;但其任务的可调度性分析方法过于粗糙,影响任务最差响应时间分析的结果,降低了任务集的可调度性。针对存在的问题,基于统一调度,增加任务运行阶段数,重新建立任务模型,并提出通过分配任务抢占阈值、调整运行阶段的抢占阈值与长度,优化任务可容忍阻塞,改善任务集可调度性的算法。最后,实验表明,与统一调度算法及其他算法相比,所提出的调度算法能够有效改善任务集的可调度性。