控制系统中一种新的周期性任务模型及其优化调度算法

分析了控制系统中的周期任务特性 ,给出了控制系统周期性任务的一种新任务模型 - -周期性任务分解模型 ,它将系统中的控制回路分解为几个子任务 .给出适合此任务模型的调度算法——双优先级调度算法 ,引入了辅助优先级 .该算法能够控制子任务执行顺序和降低控制输入输出延迟 .分析了任务集的可调度性 ,给出了任务集可调度的充分必要条件 .最后讨论了系统性能优化的问题 ,给出了系统性能优化的调度算法     

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。     

基于RMS调度周期、非周期混合任务集的一种新方法

提出了一种利用速率单调（RMS）算法确定计算机实时系统中整个任务集优先级的新方法。该方法利用数理统计的规律克服了普通RMS算法只能对系统中周期任务进行有效调度而不能对系统中的非周期任务进行有效调度的局限,扩大了RMS算法的适用范围,简化了非周期任务的处理过程,减小了系统开销。利用该方法在先进飞机电气综合控制与管理系统中进行了整个任务集的可调度性测试、验证,并给出了任务集的实际调度的验证实例。     

面向抖动优化的任务静态优先级指派算法

对任务相对截止时限进行优化设置是一种减少输出抖动的有效方法,但现有方法均是针对最早时限优先调度算法,不能适用于任务集采用静态优先级调度算法的场合.为此,提出通过优化优先级指派实现任务集的整体抖动最小化,并给出一种启发式的优先级指派算法.根据单调速率调度算法确定任务的初始优先级,以最小化局部抖动方式依次对任务的优先级进行再调整,从而得到近似最优的优先级指派.仿真实验结果表明,该算法能有效减少任务集的整体输出抖动.     

固定优先级抢占调度算法下非周期任务实时性能研究

嵌入式实时系统不仅要在功能上满足需求,而且要在性能上满足实时性需求.给定调度算法,实时性取决于各个任务的到达特征和执行时间.任务的到达特征由应用环境决定.为此,本文研究任务执行时间对实时性能的影响,为嵌入式系统设计提供参考.针对固定优先级抢占调度算法,应用排队论,提出一种非周期实时任务的理论模型.该理论模型包含两个优先级不同的非周期实时任务,给出了任务的执行时间长短对时限错过率、任务响应时间、任务队列长度等实时性能的影响.给出一个应用实例,仿真结果验证了理论模型的正确性.     

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.     

基于双优先级的实时多任务动态调度

提出了带有非周期服务器的双优先级调度算法.该算法将优先级带宽分为高带、中带和低带3部分.强实时任务实例到达后,优先级设置在低带,经过一段时间后将其优先级提升到高带;软实时任务的优先级设置在中带.分析了强实时任务实例优先级提升时间和任务集的可调度性.     

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。     

面向区分服务的可重构任务在线调度算法

现有的先来先服务和预约调度算法中可重构任务调度顺序取决于该任务到达次序,无法体现不同任务的优先级差异以及前后任务的时间关联性,为此提出一种基于预约抢占的可重构任务在线调度算法.通过区分不同任务的优先级属性,并引入任务紧迫度的概念,实现差异化任务调度;对已预约任务采用预约失效机制,使高优先级或同优先级中紧迫度较大的新任务优先调度,从而实现对已预约任务队列进行抢占式调度.实验结果表明,该算法能有效地提高任务的整体调度成功率,并可优先保证高优先级任务的调度成功率.     

嵌入式实时操作系统任务调度算法的改进与应用

在嵌入式系统中,任务调度器的好坏很大程度上决定了系统的性能.针对经典的速率单调(RM)调度算法以任务的周期作为优先级的评测标准,容易导致某些周期长且重要的任务错过截止期限,而当任务数量趋于无穷时,CPU的利用率仅为69%的特点,提出一种新的静态调度算法-NSRL.该算法在任务控制块(TCB)中增加两个域,分别为任务的重要度和裕度为零的时刻.在高优先级任务优先执行的前提下,重要度较高且未执行的任务当且仅当裕度为零时,具有较高的优先权可以抢占当前任务运行.通过理论分析和具体实验,该方法降低了任务截止期错失率,提高了CPU利用率,可以更有效地调度实时任务,在无线宽带移动计算中得到了较好应用.     

实时多处理器系统的双优先级调度算法

针对同构多处理器系统提出一种基于双优先级的实时任务调度算法.对偶发任务进行接受测试,进一步提高了系统对偶发任务调度的成功率.模拟结果表明,当多核处理器系统利用率达到极限时,该算法依然能够在完成强实时周期任务的成功调度前提下,保证软实时周期任务和偶发任务具有较高的调度成功率.     

Timing analysis for fixed-priority scheduling of hard real-timesystems

This paper presents a timing analysis for a quite general hard real-time periodic task set on a uniprocessor using fixed-priority methods. Periodic tasks are composed of serially executed subtasks, where each subtask is characterized by an execution time, a fixed priority and a deadline. A method for determining the schedulability of each task and subtask is presented along with its theoretical underpinnings. This method can be used to analyze the schedulability of any task set on a uniprocessor whose priority structure can be modeled as serially executed subtasks, which can lead to a very complex priority structure. Important examples include task sets that involve interrupts, certain synchronization protocols, certain precedence constraints, nonpreemptible sections, and some message-passing systems. The method is illustrated by a robotics example     

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.     

EDF统一调度硬实时周期任务和偶发任务的可调度性判定算法

现有的硬实时周期任务和非周期任务的混合调度方法都没有保证非周期任务的实时性,所以不适合调度具有强实时要求的偶发任务.通过分析和计算EDF算法调度偶发任务所占用的空闲时间和挪用时间,以及调度后对空闲时间和最大可挪用时间的影响,提出一种采用EDF算法统一调度硬实时周期任务和偶发任务时的可调度性充分判定算法.最后用仿真实验得出了该算法在不同系统负载下的判定准确率和偶发任务的平均响应时间.     

基于仿真方法的任务集可调度性判定工具

针对含有纯周期任务的任务集可调度性判定问题,提出一种基于仿真方法的任务集可调度性判定工具。通过设定时钟变量,模拟任务调度过程中的系统时钟,在时钟变量值增长的过程中,根据任务优先级从高到低的顺序,分析各个任务的截止时间限,判定任务集的可调度性。实例分析证明了该工具的可调度性判定结果正确。     

Schedulability Analysis of Global Scheduling Algorithms on Multiprocessor Platforms

This paper addresses the schedulability problem of periodic and sporadic real-time task sets with constrained deadlines preemptively scheduled on a multiprocessor platform composed by identical processors. We assume that a global work-conserving scheduler is used and migration from one processor to another is allowed during a task lifetime. First, a general method to derive schedulability conditions for multiprocessor real-time systems will be presented. The analysis will be applied to two typical scheduling algorithms: earliest deadline first (EDF) and fixed priority (FP). Then, the derived schedulability conditions will be tightened, refining the analysis with a simple and effective technique that significantly improves the percentage of accepted task sets. The effectiveness of the proposed test is shown through an extensive set of synthetic experiments.     

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.     

Interference-aware fixed-priority schedulability analysis on multiprocessors

This paper presents new schedulability tests for preemptive global fixed-priority (FP) scheduling of sporadic tasks on identical multiprocessor platform. One of the main challenges in deriving a schedulability test for global FP scheduling is identifying the worst-case runtime behavior, i.e., the critical instant, at which the release of a job suffers the maximum interference from the jobs of its higher priority tasks. Unfortunately, the critical instant is not yet known for sporadic tasks under global FP scheduling. To overcome this limitation, pessimism is introduced during the schedulability analysis to safely approximate the worst-case. The endeavor in this paper is to reduce such pessimism by proposing three new schedulability tests for global FP scheduling. Another challenge for global FP scheduling is the problem of assigning the fixed priorities to the tasks because no efficient method to find the optimal priority ordering in such case is currently known. Each of the schedulability tests proposed in this paper can be used to determine the priority of each task based on Audsley’s approach. It is shown that the proposed tests not only theoretically dominate but also empirically perform better than the state-of-the-art schedulability test for global FP scheduling of sporadic tasks.