基于异构分布式系统的实时容错调度算法

目前文献中研究的实时容错调度算法都是基于同构分布式系统，系统中的所有处理机完全相同。该文首先建立了一个基于异构分布式系统实时容错调度模型，异构分布式系统中的各个处理机均不相同。基于该异构分布式系统模型，该文引入了可靠性代价（reliability cost）概念，并提出两种静态实时容错调度算法（RTFTNO和RTFTRC）用于调度周期性实时容错任务。算法RTFTRC在调度任务时，尽量使系统的可靠性代价最小；而算法RTFTNO在调度实时任务时，没有考虑系统的可靠性代价。该文详细讨论了两种调度算法的性能。性能模拟实验分别比较了两个算法的可靠性代价，超时比率和可调度性；并研究了任务的计算时间与可靠性代价的关系以及调度长度阈值与最小处理机个数的关系。实验结果表明，算法RTFTRC的性能优于算法RTFTNO。     

基于多处理机的混合实时任务容错调度

提出了一种混合实时任务容错调度算法．该算法采用Rate Monotonic(RM)算法完成周期任务的静态调度；采用预订处理机时间方法和Earlier Deadline First(EDF)算法动态调度非周期任务；采用主／副版本备份技术确保系统的容错能力．通过充分利用周期任务的剩余处理机时间调度非周期任务和主动备份与被动备份相结合的方法有效地减少了处理机数．仿真结果证明了算法的有效性．     

云环境下周期和非周期混合实时任务双容错调度算法

云环境中的处理机故障已成为云计算不可忽视的问题,容错成为设计和发展云计算系统的关键需求。针对一些容错调度算法在任务调度过程中调度效率低下以及任务类型单一的问题,提出一种处理机和任务主副版本分组的容错调度方法;并给出了副版本可重叠执行的判定方法,以及任务最坏响应时间的计算公式。通过实验和分析表明,和以前算法相比,将处理机分成两组分别执行任务主版本和任务副版本,减少了任务调度所需进行可调度测试的时间,增加了副版本重叠执行的机会,减少了所需的处理机个数,对提高系统处理机的利用率和容错调度的效率具有重要的意义。     

异构分布式系统中实时周期任务的容错调度算法

提出一个基于抢占性实时周期任务的可靠性调度模型,该模型与现有可靠性模型相比充分考虑了单处理机故障容错情况下的系统可靠性,因而更加接近现实和精确.在此基础上,提出一个基于异构分布式系统的实时容错调度算法IRDFTAHS,IRDFTAHS算法以提高系统的可靠性为目标来进行任务的分配,从而在不增加硬件代价的前提条件下通过调度增加了系统的可靠性.该算法同时支持主动和被动两种方式的副版本,使得容错调度算法具有更大的灵活性.最后,通过仿真实验对IRDFTAHS和现有的调度算法在几个方面进行比较.实验结果表明,IRDFTAHS算法的综合性能优于现有算法.     

分布式实时系统的容错调度算法

提出了两种分布式实时容错调度算法：副版本后调度算法（ＢＫＣＬ）及无容错需求后调度算法（ＮＦＲＬ）,并研究了算法的时间复杂度,这两种容雕工算法能同时调度具有容错需求的实时任务和无容错需求的实时任务,ＢＫＣＬ和ＮＦＲＬ所产生的调度可保证：在分布式系统中一个节点机失效的情况下,具有容错需求的实时任务仍然可在截止时间内完成,在描述了两个实时容错调度算法之后,分别证明了这两个算法的容错调度正确性。接着,阐述     

异构分布系统的实时任务轮转式容错调度算法

建立了一个异构分布式系统实时调度模型,对异构分布式系统中的任务及不同处理机资源进行了形式化描述.结合基版本/副版本技术,给出了用于异构分布式系统的实时任务轮转式容错调度算法.实例分析表明,该算法有效提高了异构处理机环境下的资源利用率以及整体计算性能.     

容错多处理机中一种高效的实时调度算法

针对基于主副版本容错的多处理机中独立的、抢占性的硬实时任务,提出了一种高效的调度算法——TPFTRM(task partition based fault tolerant rate-monotonic)算法.该算法将单机实时RM 算法扩展到容错多处理机上,并且调度过程中从不使用主动执行的任务副版本,而仅使用被动执行和主副重叠方式执行的任务副版本,从而最大限度地利用副版本重叠和分离技术提高了算法调度性能.此外,TPFTRM 根据任务负载不同将任务集合划分成两个不相交的子集进行分配;还根据处理机调度的任务版本不同,将处理机集合划分成3 个不相交的子集进行调度,从而使TPFTRM 调度算法便于理解、实现以及减少了调度所需要的运行时间.模拟实验对各种具有不同周期和任务负载的任务集合进行了调度测试.实验结果表明,TPFTRM与目前所知同类算法相比,在调度相同参数的任务集合时不仅明显减少了调度所需要的处理机数目,还减少了调度所需要的运行时间,从而证实了TPFTRM 算法的高效性.     

异构集群系统中具有QoS 需求的实时任务容错调度

容错调度是调度问题中一个重要的研究内容,是提高系统可靠性的有效手段.目前已有很多集群系统中实时任务的容错调度算法,但是这些算法都没有考虑到任务的QoS需求问题.提出了一种异构集群系统中具有QoS需求的实时任务容错调度算法FTQ(fault-tolerant QoS-based scheduling).该算法采用主版本/副版本(primary/backup,简称PB)技术,综合考虑了任务的时间限制、任务的QoS需求、系统的可靠性和系统资源的利用率,能够自适应地根据系统负载情况动态地调整任务的QoS级别和副版本的执行模式,从而提高了系统的灵活性、可靠性、可调度性和资源的利用率.对系统的可靠性进行了定量分析,并将其引入到容错调度算法中,提高了系统的可靠性.同时,在调度过程中尽量提前主版本的开始时间,推迟副版本的开始时间,以使任务的副版本采用被动执行模式或者使任务主版本和副版本的重叠部分尽量少,提高了资源的利用率.此外,采用了副版本重叠技术,并分析了副版本的最晚开始时间及其约束条件,提高了任务的调度成功率.通过大量的模拟实验,对FTQ,NOFTQ和DYFARS算法进行了比较.实验结果表明,FTQ算法的性能优于其他方法,具有更好的调度质量.     

单机实时系统中的一种混合型实时容错调度算法

目前研究单机实时系统的调度算法文章大多只能调度单一类型的任务。本文在PKSA算法的基础上,建立了一种混合型实时容错模型,提出一种调度算法不仅可以调度有容错需求的周期任务,同时也能够调度无容错需求的周期任务和非周期非实时任务,实现了调度混合型任务的目的。     

面向分布式实时系统的安全驱动调度算法研究

针对现有实时调度算法无法适应动态安全需求的问题,构建了一种安全驱动调度模型,该模型从系统安全级别、系统安全服务和任务安全策略三个方面描述了实时系统的动态安全需求,并设计了一种基于安全驱动的实时任务调度器框架。以该模型和框架为基础,提出了一种安全驱动调度算法(Security Driven Scheduling Algorithm,SDSA)。从全局角度对新到达任务进行可调度性检查,并将可调度任务分配到合适的处理机上运行。按照系统安全级别来动态调整已分配到各处理机上实时任务的安全策略,使其达到安全性和可调度性的最优平衡。采用优先级抢占式策略对各实时任务进行调度。仿真结果表明,SDSA算法与其他同类算法相比,在系统动态安全需求的适应性、关键任务的可调度性以及安全防危能力等方面具有较好的表现。     

单机实时系统中的一种混合型实时容错调度算法

目前研究单机实时系统的调度算法文章大多只能调度单一类型的任务。本文在PKSA算法的基础上，建立了一种混合型实时容错模型，提出一种调度算法不仅可以调度有容错需求的周期任务，同时也能够调度无容错需求的周期任务和非周期非实时任务，实现了调度混合型任务的目的。     

分布式控制系统中多种混合任务的容错调度

分布式控制系统中存在有强实时、软实时和非实时等多种实时性的任务,其中强实时任务必须在其时限前完成,否则会出现灾难性后果,因此必须为分布式控制系统提供一定的容错能力。首先给出了用于调度多种实时性任务的单处理器调度算法——双优先级队列调度算法,并分析算法的可调度性条件。针对分布式控制系统,考虑基版本与副版本的执行时间不同时,结合版本复制技术和单处理器调度算法提出了一种新的容错调度算法。分析了算法的可调度行,给出了可任务集的可调度条件判断方法和基版本任务时限的设置方法。在此基础上,采用启发式静态任务分配算法,保证各处理器的负载均衡。本算法在保证任务容错可调度的条件下,可提高系统中各处理器的利用率,仿真结果表明该算法是有效的。     

基于GA的DCS中任务的容错优化调度

分布式控制系统(DCS)中的实时任务必须在其时限前完成,否则会出现灾难性后果,因此必须为DCS提供一定的容错能力。该文基于EDF算法和版本复制技术给出了DCS的容错调度算法。在此基础上采用启发式任务分配算法分配任务,通过遗传算法对基版本任务时限进行优化,以提高处理器的利用率。仿真结果表明该算法是有效的。     

异构分布式系统混合型实时容错调度算法

基/副版本技术是实现实时分布式系统容错的一个重要手段。提出了一种异构分布式混合型容错模型,该模型与传统的异构分布式实时调度模型相比同时考虑了周期和非周期调度任务。在此基础上给出3种容错调度算法:以可调度性为目的SSA算法、以可靠性为目的RSA算法、以负载均衡性为目的BSA算法。算法能够在异构系统中同时调度具有周期和非周期容错需求的实时任务,且能够保证在异构系统中某节点机失效情况下,实时任务仍然能在截止时间内完成。最后从可调度性、可靠性代价、负载均衡性、周期与非周期任务数及任务周期与粒度J个方面对算法进行了分析。模拟实验结果显示算法各有优缺点,所以在选择调度算法时应该根据异构系统的特点来选择。     

Fault-Tolerant Scheduling for Real-Time Embedded Control Systems

With the increasing complexity of industrial application, an embedded control system (ECS) requires processing a number of hard real-time tasks and needs fault-tolerance to assure high reliability. Considering the characteristics of real-time tasks in ECS, an integrated algorithm is proposed to schedule real-time tasks and to guarantee that all real-time tasks are completed before their deadlines even in the presence of faults. Based on the nonpreemptive critical-section protocol (NCSP), this paper analyzes the blocking time introduced by resource conflicts of relevancy tasks in fault-tolerant multiprocessor systems. An extended schedulability condition is presented to check the assignment feasibility of a given task to a processor. A primary/backup approach and on-line replacement of failed processors are used to tolerate processor failures. The analysis reveals that the integrated algorithm bounds the blocking time, requires limited overhead on the number of processors, and still assures good processor utilization. This is also demonstrated by simulation results. Both analysis and simulation show the effectiveness of the proposed algorithm in ECS.     

Real-Time Atomic Multicast Algorithms Implemented on a Shared Memory Multiprocessor

Processes are distributed over processors that share directly accessible memory. Processes exchange messages via memory. Algorithms are specified which satisfy the atomic multicast requirements under two fault hypotheses: (1) fail-stop memory and fail stop processes and (2) fail-stop memory and processes with timing failures. It is shown that the algorithms can be applied under different scheduling conditions: (1) hard real-time (HRT) applications composed of periodically scheduled tasks and (2) HRT applications with tasks scheduled according to a static off-line calculated schedule. The performance measurements on an implementation of two algorithms are presented.     

Exploiting Redundancies to Enhance Schedulability in Fault-Tolerant and Real-Time Distributed Systems

In the past decades, distributed systems have been widely applied to real-time applications, most of which have fault-tolerance requirements to assure high reliability. Due to the stringent space constraints of real-time systems, the issue of schedulability becomes a major concern in the design of fault-tolerant and real-time distributed systems. Most existing real-time and fault-tolerant scheduling algorithms, which are based on the primary-backup scheme for periodic real-time tasks, introduce unnecessary redundancies by aggressively using active-backup copies. To solve this problem, we propose two novel fault-tolerant techniques, which are seamlessly integrated with fixed-priority-based scheduling algorithms. These techniques leverage redundancies to enhance schedulability in fault-tolerant and real-time distributed systems. Our fault-tolerant techniques make use of the primary-backup scheme to tolerate permanent hardware failures. The first technique (referred to as Tercos) terminates the execution of active-backup copies, when corresponding primary copies are successfully completed. Tercos is designed to reduce scheduling lengths in fault-free scenarios to enhance schedulability by virtue of executing portions of active-backup copies in passive forms. The second technique (referred to as Debus) uses a deferred-active-backup scheme to further minimize schedule lengths to improve the schedulability performance. Debus schedules active-backup copies as late as possible, while terminating active-backup copies when their primary copies are completed. Experimental results show that, compared with existing algorithms in literature, Tercos can significantly improve schedulability by up to 17.0% (with an average of 9.7%). Furthermore, empirical results reveal that Debus can enhance schedulability over Tercos by up to 12% (with an average of 7.8%).