副版本优先级可提升的全局容错调度算法

在主副版本机制的全局容错调度中,副版本运行窗口短,采用优先级继承策略的副版本响应时间长,容易错失截止期.针对副版本实时性差的问题,提出基于优先级提升策略的全局容错调度算法(fault tolerant global scheduling with backup priority promotion, FTGS-BPP),通过赋予副版本比主版本高的优先级,减少副版本在运行过程中受到的干扰,缩短了副版本的响应时间,改善了副版本的实时性,从而减少了实现容错所需的额外处理器资源.仿真结果表明,和采用优先级继承策略的全局容错调度算法相比,FTGS-BPP在调度相同的任务集时明显降低了处理器资源需求.     

抢占阈值调度的功耗优化

DVS(Dynamic Voltage Scaling)技术的应用使得任务执行时间延长进而使得处理器的静态功耗(由CMOS电路的泄露电流引起)迅速增加.延迟调度(Procrastination Scheduling)算法是近年提出用于减少静态功耗的有效方法,它通过推迟任务的正常执行来尽可能长时间地让处理器处于睡眠或关闭状态,从而避免过多的静态功耗泄露.文中针对可变电压处理器上运用抢占阈值调度策略的周期性任务集合,将节能调度和延迟调度结合起来,提出一种两阶段节能调度算法,先使用离线算法来计算每个任务的最优处理器执行速度,而后使用在线模拟调度算法来计算每个任务的延迟时间,从而动态判定处理器开启/关闭时刻.实例研究和仿真实验表明,作者的方法能够进一步降低抢占阈值任务调度算法的功耗.     

抢占阈值调度算法的分析与研究

本文详细论述了应用于静态优先级实时系统的抢占阈值调度算法。描述了算法实现和任务集合可调度性判定公式的推导,分析了算法的性能特点,阐述了抢占阈值调度是静态优先级嵌入式实时系统开发中调度算法的合适选择。     

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。     

基于抢占阈值调度的周期任务最小响应时间分析*

针对采用抢占阈值调度策略的系统,在假设任务对释放偏移没有特定要求的情况下,给出使得任务响应时间最小时应满足的条件,并根据该条件得到了任务最小响应时间的计算公式。该公式的一个重要应用是在分布式系统中分析后继子任务的最大释放抖动,有效降低端到端任务的最大响应时间的计算结果,从而有利于提高系统的可调度性。     

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.     

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.     

一种改进的容错RM算法

嵌入式实时系统应用越来越广泛,而作为系统核心的调度算法的稳定,健壮和容错也成为日益增长的需求。Liu和Layland提出的经典单调速率算法(RM)并不带有容错功能。利用时域错误掩蔽法(TEM)对经典RM算法进行改进,提出RMF算法,该算法能在一个计划周期中对多个临时错误进行修正。在考虑最坏的两种错误分布情况下,分析RMF可调度性的充要条件并给出算法SCHEDULABLE-RMF检查RMF的可调度性。实验结果表明该算法在系统低负载的情况下能有效降低任务运行结果中的错误比例。     

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.     

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.     

改进的基于抢占阈值调度的任务响应时间分析方法

基于抢占阈值调度的任务响应时间分析方法是一种新型实时系统任务可调度性判定技术。然而已有的研究工作,有时对以前的任务请求检查过少,可能导致对响应时间估计过低。同时对任务响应时间的分析忽略了任务释放抖动和时钟嘀嗒调度对任务响应时间的影响,造成任务错过期限的现象,系统任务可调度性判定存在潜在的不精确因素。针对上述缺点不足,本文提出改进的基于抢占阈值调度的任务响应时间分析方法,在修正已有方法缺陷的同时,考虑任务释放抖动和时钟嘀嗒调度的影响,引入额外的时间需求,使用改进的任务参数计算系统任务时间需求函数。仿真对比结果表明,改进后的方法较单纯固定优先级抢占阈值调度下的任务响应时间分析方法得到更加精确可调度性分析结果。     

容错优先级混合式分配搜索算法

在实时系统中,由于任务未能及时产生正确结果将导致灾难性后果,容错对于实时系统的有效性及可靠性至关重要.基于最坏响应时间计算的可调度性分析,提出了一种容错优先级混合式分配搜索算法.这种算法通过允许替代任务既能运行在高优先级别上,又可运行在低优先级别上,有效地提高了系统的容错能力.通过实验测试,与目前所知的同类算法相比,在提高系统容错能力方面更为有效.     

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.     

动态抢占阈值调度中的快速任务选择算法

基于动态抢占阈值的实时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,又保证了较高的CPU资源利用率。然而,现有的任务选择算法运行时的额外代价严重影响了系统的整体性能。针对这个问题,本文提出一种使用“选择树”作为任务队列结构的、时间复杂度为O（｜log2n｜）的快速任务选择算法。本文从理论上证明该算法正确性的同时,在使用ARM9芯片的Nokia智能手机上验证了该算法在嵌入式实时系统中的有效性。实验表明,该算法在充分利用处理器的同时能够有效降低动态阈值调度算法的额外代价。     

在构件化嵌入式操作系统中应用抢占阈值调度

现有基于构件的嵌入式实时软件开发过程着重于从结构的角度分解系统成若干构件,以及重用构件。实践证明,该开发过程还应从运行角度将构件映射成任务,并选择适当的实时调度算法。为此,根据目前的工程实践提出一种实时构件模型,包含将构件映射成任务的方式。描述了当前构件化嵌入式操作系统可以使用的4种调度算法,并比较这些算法的性能特点。提出抢占阈值(preemptionthreshold)调度模型更适合构件化嵌入式实时系统,仿真实验的结果证明了该结论。比较结果和结论对构件化嵌入式实时系统的设计和开发有一定的参考价值。     

软件容错模型中的容错实时调度算法

在软件容错模型的容错实时调度算法中,主部分可执行性的预测精度是影响调度算法性能的关键.针对此问题提出了DPA(deep-prediction based algorithm)和EDPA(EDF-based DPA)算法.算法考虑当前时间至替代部分通知时间之间的任务执行情况,通过构建预测表对待执行主部分的可执行性进行精确预测.当主部分不发生错误时算法根据预测表调度任务. DPA依照预测表中通知时间的先后顺序调度主部分,而EDPA则按照EDF算法调度预测表中的主部分.模拟结果表明,DPA和EDPA较目前同类算法可获得更多的主部分执行时间,降低CPU的消耗.当软件错误率较低、任务周期较短时,算法能够以较小的调度开销获得较高的调度性能.     

能量收集信息物理融合系统抢占阈值调度

在能量收集信息物理融合系统(energy harvesting based cyber-physical systems, EHCPS)中,其能量管理体系结构不同于传统电池供电嵌入式系统,任务调度策略需要考虑能量收集单元的能量输出、电池的能量存储和计算任务的能量消耗.实时任务在满足能量约束的情况下,才能满足时间约束.传统抢占阈值调度的可调度性分析没有考虑任务的能量属性,其阈值分配算法也不适用于EHCPS.针对此问题,提出了一种能量相关抢占阈值调度策略(energy related preemption threshold scheduling, ERPT),在可调度性分析中融入任务能耗属性和能量补充能力,并给出了阈值分配算法,为抢占阈值调度在EHCPS中的应用提供了一种解决方法.通过与目前现有的2个经典调度策略进行比较,验证了ERPT策略能够有效减少任务抢占.     

软件容错模型中反向与正向调度算法研究

为了保证实时系统在发生任务失效时仍旧能够正常地工作,通常采用软件容错模型来提高实时系统的容错能力。本文分析了软件容错模型中的BCE容错调度算法,针对该算法中的反向调度和正向调度两个过程,给出了RMB、DMB、FDMB、EDFB四种反向调度算法和RMF、EDFF两种正向调度算法,并指出了反向调度和正向调度相互协调的特性。将各种算法在BCE算法中进行模拟,结果表明,EDFF正向调度算法能够与四种反向调度算法更好地协调,从而获得比RMF正向调度算法更高的调度性能;模拟结果还表明,四种反向调 度算法在BCE算法中的性能相近。最后,本文得出了RMB（或DMB）反向调度算法与EDFF正向调度算法的组合较适用于软件容错模型的结论。