嵌入式系统中BP算法多任务调度性能的分析

对于多任务、多进程实时系统中的周期性任务,有一系列静态分配调度算法能有效地解决各种特定条件下的任务分配和调度问题,但这些算法均要求被调度任务的特征参数为已知条件,在很多实时系统中,周期性任务的运行时间或任务数量常常是一些具有一定规律的随机过程,上述静态算法的效能将受到限制。该文描述的神经网络能够充分利用不同时间和空间的数据信息,有较强的学习功能,提高了系统的性能和效率。     

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.     

一种实时系统中的多任务可预测调度算法

通过研究实时系统中可能出现的任务类型，提出了一种实时系统任务模型和基于这个模型的多任务调度算法，分析了该算法下所有周期任务和非周期任务可调度的条件。该算法结合了DMS(Dcadlinc Monotonic Scheduling)和DD(Deadline Driven)算法，在保证系统中周期任务执行的前提下,也使非周期任务获得了，较好的响应时间。     

一种静态最少优先级分配算法

随着实时系统越来越多地应用于各种快速更新系统,尤其是各种片上系统,如PDA(personal digital assistant),PSP(play station portable)等,性价比已成为系统设计者的主要关注点.实际应用中,实时系统通常仅支持较少的优先级,常出现系统优先级数小于任务数的情况(称为有限优先级),此时,需将多个任务分配到同一系统优先级,RM(rate monotonic),DM(deadline monotonic)等静态优先级分配算法不再适用.为此,静态有限优先级分配是研究在任务集合静态优先级可调度的情况下,可否以及如何用较少或最少的系统优先级保持任务集合可调度.已有静态有限优先级分配可分为两类:固定数目优先级分配和最少优先级分配.给出了任意截止期模型下任务静态有限优先级可调度的充要条件以及不同静态有限优先级分配间转换时的几个重要性质,指出了系统优先级从低到高分配策略的优越性,定义了饱和任务组与饱和分配的概念,证明了在任务集合静态优先级可调度的情况下,最少优先级分配比固定数目优先级分配更具一般性.最后提出一种最少优先级分配算法LNPA(least-number priority assignment).与现有算法相比,LNPA适用范围更广,且复杂度较低.     

一个改进的实时任务模型——周期多帧任务模型

实时系统在航空航天等重要部门的应用非常广泛,而且也极为关键。实时调度及其调度对象－－实时任务的研究是实时系统研究的重点之一。在研究周期任务的基础上,给出了一个改进的实时任务模型－－周期多 帧任务模型。证明了这种模型的可调度性优于周期任务模型,对此任务模型的DM算法的可调度性进行了分析,并给出了其算法实现。     

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.     

控制系统中周期性任务的静态优化调度算法

分析了控制系统中的周期任务特性，给出了控制系统中周期性任务模型。分析了RMS调度算法任务下的可调度性，给出了求任务响应时间的算法。提出任务调度中系统优化应满足的条件。最后，给出了求优化采样频率的算法和控制系统的静态优化调度算法。     

优先级周期性互换的实时调度算法

针对实时多任务调度时低优先级任务的延迟问题,提出了一种优先级周期性互换的静态优先级调度算法。该方法以固定的时间片为周期,对多任务系统中的某两个不同优先级的独立性任务,周期性地互换它们的优先级级别,在保证较高优先级任务的执行时间的前提下,使得较低优先级的任务有机会尽快执行,以缩短其执行过程中的延迟时间。所提方法能有效解决低优先级任务的实时性问题,从而提高实时多任务系统的整体控制性能。     

优先级周期性互换的实时调度算法

针对实时多任务调度时低优先级任务的延迟问题,提出了一种优先级周期性互换的静态优先级调度算法。该方法以固定的时间片为周期,对多任务系统中的某两个不同优先级的独立性任务,周期性地互换它们的优先级级别,在保证较高优先级任务的执行时间的前提下,使得较低优先级的任务有机会尽快执行,以缩短其执行过程中的延迟时间。所提方法能有效解决低优先级任务的实时性问题,从而提高实时多任务系统的整体控制性能。     

一种批优化调度策略的实时异构系统的集成动态调度算法

针对实时异构多任务调度的特点,提出了软、硬实时任务形式化描述非精确计算的统一任务模型,在此基础上,提出了一种基于批优化调度策略的实时异构系统的集成动态调度算法.该算法以启发式搜索为基础,引入软实时任务服务质量降级策略,在每次扩充当前局部调度时,按制定的规则选取一批任务,计算其在各处理器上运行的目标函数,采用指派问题解法对任务优化分配.模拟实验表明,该算法与同类算法相比,提高了调度成功率.     

Allocation and scheduling of precedence-related periodic tasks

This paper discusses a static algorithm for allocating and scheduling components of periodic tasks across sites in distributed systems. Besides dealing with the periodicity constraints, (which have been the sole concern of many previous algorithms), this algorithm handles precedence, communication, as well as replication requirements of subtasks of the tasks. The algorithm determines the allocation of subtasks of periodic tasks to sites, the scheduled start times of subtasks allocated to a site, and the schedule for communication along the communication channel(s). Simulation results show that the heuristics and search techniques incorporated in the algorithm are very effective     

树型网格计算环境下的独立任务调度

任务调度是实现高性能网格计算的一个基本问题,然而,设计和实现高效的调度算法是非常具有挑战性的.讨论了在网格资源计算能力和网络通信速度异构的树型计算网格环境下,独立任务的调度问题.与实现最小化任务总的执行时间不同(该问题已被证明是NP难题),为该任务调度问题建立了整数线性规划模型,并从该线性规划模型中得到最优任务分配方案??各计算节点最优任务分配数.然后,基于最优任务分配方案,构造了两种动态的需求驱动的任务分配启发式算法:OPCHATA(optimization-based priority-computation heuristic algorithm for task allocation)和OPBHATA(optimization-basedpriority-bandwidth heuristic algorithm for task allocation).实验结果表明:在异构的树型计算网格环境下实现大量独立任务调度时,该算法的性能明显优于其他算法.     

一种基于QoS的自适应网格失效检测器

失效检测器是构建可靠的网格计算环境所必需的基础组件之一.由于网格中存在大量对失效检测有着不同QoS需求的分布式应用,对于一个网格失效检测器来说,为保持其有效性和可扩展性,应该既能够准确提供应用程序所需的失效检测QoS,又能够避免为满足不同QoS而设计多套失效检测器所产生的多余负载.基于QoS基本评价指标,采用PULL模式主动检测策略实现了一种新的失效检测器--GA-FD(adaptive failure detector for grid),可以同时支持多个应用程序定量描述的QoS需求,不需要关于消息行为和时钟同步的任何假设.同时,证明了GA-FD在部分同步模型下可实现一个◇P类的失效检测器,并给出了相应的实验及数据.     

周期性任务调度的装箱算法

针对基于时间触发的CAN控制系统,给出了确定周期性任务表中的基本周期的两种策略,提出了构造周期性任务调度表的下次适应、降序下次适应、最佳适应和降序最佳适应四种算法,分析了这四种不同算法的时间复杂度和最坏渐近性能比,最后对不同规模下的四种算法进行了仿真比较,结果表明文中给出的四种算法效果均优于经典的一维装箱算法。     

Optimal bounds on the gain of permitting dynamic allocation of communication channels in distributed computing

Consider a distributed system consisting of n computers connected by a number of identical broadcast channels. All computers may receive messages from all channels. We distinguish between two kinds of systems: systems in which the computers may send on any channel (dynamic allocation) and system where the send port of each computer is statically allocated to a particular channel. A distributed task (application) is executed on the distributed system. A task performs execution as well as communication between its subtasks. We compare the completion time of the communication for such a task using dynamic allocation and channels with the completion time using static allocation and channels. Some distributed tasks will benefit very much from allowing dynamic allocation, whereas others will work fine with static allocation. In this paper we define optimal upper and lower bounds on the gain (or loss) of using dynamic allocation and channels compared to static allocation and channels. Our results show that, for some tasks, the gain of permitting dynamic allocation is substantial, e.g. when , there are tasks which will complete 1.89 times faster using dynamic allocation compared to using the best possible static allocation, but there are no tasks with a higher such ratio. Received: 26 February 1998 / 26 July 1999     

Increasing processor utilization in hard-real-time systems with checkpoints

Often hard real-time systems require results that are produced on time despite the occurrence of processor failures. This paper considers a distributed system where tasks are periodic and each task occurs in multiple copies which are periodically synchronized in order to handle failures. The problem of preemptively scheduling a set of such tasks is discussed where every occurrence of a task has to be completely executed before the next occurrence of the same task. First, a static scheduling algorithm is proposed which uses periodic checkpoints to tolerate processor failures. Then, the performance of the algorithm is substancially improved employing a mixed strategy which constructs a schedule where high frequency tasks are duplicated, and low frequency tasks are periodically checkpointed. The performance of the solution proposed is evaluated in terms of the minimum achievable processor utilization due to the useful computation of the tasks. Moreover, analytical and simulation studies are used to reveal interesting trade-offs associated with the scheduling algorithm. In particular, if high frequency tasks are less than 70 percent of the total number of tasks then the mixed strategy yields a higher processor utilization than the task duplication scheme.     

On exploiting task duplication in parallel program scheduling

One of the main obstacles in obtaining high performance from message-passing multicomputer systems is the inevitable communication overhead which is incurred when tasks executing on different processors exchange data. Given a task graph, duplication-based scheduling can mitigate this overhead by allocating some of the tasks redundantly on more than one processor. In this paper, we focus on the problem of using duplication in static scheduling of task graphs on parallel and distributed systems. We discuss five previously proposed algorithms and examine their merits and demerits. We describe some of the essential principles for exploiting duplication in a more useful manner and, based on these principles, propose an algorithm which outperforms the previous algorithms. The proposed algorithm generates optimal solutions for a number of task graphs. The algorithm assumes an unbounded number of processors. For scheduling on a bounded number of processors, we propose a second algorithm which controls the degree of duplication according to the number of available processors. The proposed algorithms are analytically and experimentally evaluated and are also compared with the previous algorithms     

可变负载动态反馈弹性调度模型及其算法研究

由于工作负载的动态变化,以多媒体应用为代表的软实时系统的运行具有很大的不确定性.在这种情况下,依靠任务的静态属性进行调度分析和决策不足以为系统提供高效、实用的资源分配支持.提出一种弹性资源调度算法,该算法周期地采集系统的作业总数和作业丢失数,并以此为根据改变部分软实时任务的作业周期,以调整系统在下一个采样周期内的作业总数,达到满足任务的QoS(quality of service)、接纳尽可能多的服务请求、提高系统的并发服务能力的目的.详细分析了模型结构和核心算法的实现机制,并利用模拟平台对该算法进行了验证.实验结果表明,该算法在提高资源利用效率的同时,还具有良好的稳定性和收敛性.     

基于任务复制的网格任务调度算法

网格中资源之间存在着通信延迟,通过任务复制的冗余,可以减少任务之间的通信开销,缩短整个计算程序的计算时间。目前网格中的任务调度算法基本上是没有考虑任务复制的;而基于任务复制调度算法往往会产生过多的复制任务,增大系统开销,甚至有可能延迟计算时间。由于基于任务复制的任务调度是一个NP问题,因此本文提出了一种基于任务复制的网格资源调度算法,以减少调度长度为主要目标、减少任务复制量和资源占用量为次要目标。该算法在调度长度和任务复制数量以及占用资源数量方面都等于或优于其它算法。