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。     

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.     

分布式系统中基于主/副版本的实时容错调度综述

对分布式系统中基于主/副版本技术的实时容错调度算法进行了归纳和总结,从主/副版本执行的关系、任务的调度方式以及调度环境等各个方面深入分析和比较了近年来基于主/副版本的实时容错调度算法,并指出它们各自的优缺点和适应环境。最后指出了本研究领域的未来研究发展方向。     

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.     

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.     

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.     

基于EDF调度策略的端到端实时系统可调度性分析算法

端到端实时任务调度模型可用于描述许多分布式实时系统.提出一种基于EDF调度策略的端到端实时任务调度模型,给出了端到端实时系统的可调度性判定条件,并提出其可调度性分析算法,该可调度性判定条件及可调度性分析算法适用于采用非连续工作型同步协议和连续工作型同步协议控制下的端到端实时系统.与固定优先级的端到端实时任务调度模型及其算法相比,基于EDF调度策略的端到端实时任务调度模型和算法更加简单和易于实现,仿真结果也表明具有较高的性能.     

基于EDF的分布式控制系统容错调度算法

现有的分布式实时系统的容错调度算法要求系统中所有任务的周期相同且等于其时限,而实际中任务的周期常常是互不相同的.根据控制系统中任务的特点,结合任务分配算法与处理器的调度算法,提出了基于基版本/副版本技术和EDF算法的容错调度算法.该算法不要求任务的周期都相同,并通过设置基版本/副版本任务时限控制它们的执行时间不重叠,给出了基版本/副版本任务时限的设置方法,并对任务集的可调度性进行了分析.当任务集可调度时,给出其最大利用率和最小处理器个数的约束条件.最后给出一个仿真实例,结果表明了算法的有效性.     

Demand-based schedulability analysis for real-time multi-core scheduling

In real-time systems, schedulability analysis has been widely studied to provide offline guarantees on temporal correctness, producing many analysis methods. The demand-based schedulability analysis method has a great potential for high schedulability performance and broad applicability. However, such a potential is not yet fully realized for real-time multi-core scheduling mainly due to (i) the difficulty of calculating the resource demand under dynamic priority scheduling algorithms that are favorable to multi-cores, and (ii) the lack of understanding how to combine the analysis framework with deadline-miss conditions specialized for those scheduling algorithms. Addressing those two issues, to the best of our knowledge, this paper presents the first demand-based schedulability analysis for dynamic job-priority scheduling algorithms: EDZL (Earliest Deadline first until Zero-Laxity) and LLF (Least Laxity First), which are known to be effective for real-time multi-core scheduling. To this end, we first derive demand bound functions that compute the maximum possible amount of resource demand of jobs of each task while the priority of each job can change dynamically under EDZL and LLF. Then, we develop demand-based schedulability analyses for EDZL and LLF, by incorporating those new demand bound functions into the existing demand-based analysis framework. Finally, we combine the framework with additional deadline-miss conditions specialized for those two laxity-based dynamic job-priority scheduling algorithms, yielding tighter schedulability analyses. Via simulations, we demonstrate that the proposed schedulability analyses outperform the existing schedulability analyses for EDZL and LLF.     

一种可行的分布式硬实时容错调度算法

针对分布式硬实时系统发生处理机故障后,当前周期内的任务实例和后续实例相对截止期限的不同紧迫程度,提出非紧迫周期内延迟策略——DNUP(delay in non-urgent period).该策略能够尽可能地推迟非紧迫实例的执行,使得低优先级实例有更多的机会完成其紧迫周期内的执行,从而实现处理器空闲(slack)资源的合理挪动.仿真实验结果表明,与其他几个著名的分布式容错调度算法相比,DNUP策略能够提高任务的可调度性,从而有效减少了所需处理机的数目.     

实时异构系统中的积极复制容错调度算法

在设计实时异构系统中的容错调度算法时,既要考虑到实时性的约束,又要最大化系统的可靠性.此外,异构系统中的并行应用调度问题已经被证明了是NP完全问题.现有的容错调度算法大多采用复制技术来提升系统的可靠性,但是任务的多次执行会导致应用执行时间变长,系统实时性下降.为此,提出了一个基于积极复制技术的容错调度算法,该算法连续的复制任务集中对当前系统实时性影响最小的任务,然后将任务集中的所有任务调度至最早完成的处理器,用以在满足实时性约束的同时,提升系统的可靠性.实验表明,相比于同样着眼于实时异构系统的DB-FTSA算法,该算法在实时性约束严格的情况下,可靠性有较大提升.     

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.     

An improved security-aware packet scheduling algorithm in real-time wireless networks

Developing security-aware packet scheduling algorithms can efficiently enhance the security while delivering packets through wireless links. Existing scheduling algorithms developed for real-time wireless networks provide security at the cost of other important performance, e.g., schedulability. The performance problem becomes especially apparent when wireless networks are heavily loaded. To address this issue, we propose in this paper an improved security-aware packet scheduling algorithm (or ISAPS in short) in wireless networks. ISAPS first gives high priority to deal with schedulability when the real-time system is heavily loaded. When the system is under light workload, ISAPS strives to improve the security levels while achieving high schedulability for real-time packets. Compared with the existing packet scheduling algorithm SPSS, ISAPS shows excellent scheduling quality under a wide range of workload characteristics.     

一种新的异构实时分布式系统的容错调度算法

一般来说,异构分布式实时系统中任务的周期并不完全相同且任务的时限不等于它们的周期,同时系统中还有一些无容错需求的任务.因此现有的任务调度算法一般不能满足这些要求.针对这类系统,在结合基版本/副版本技术和EDF算法的基础上,给出了一种新的容错调度算法.该算法由两部分组成：任务分配调度算法和单处理器调度算法.对于单处理器调度算法,本文采用了EDF算法;在此基础上,给出一种启发式静态任务分配算法.分析了系统的可调度性,给出了任务可调度条件和基版本/副版本时限的设置方法.仿真结果表明,这种算法是有效的.     

Holistic analysis of asynchronous real-time transactions with earliest deadline scheduling

In distributed real-time systems, an application is often modeled as a set of real-time transactions, where each transaction is a chain of precedence-constrained tasks. Each task is statically allocated to a processor, and tasks allocated on the same processor are handled by a single-processor scheduling algorithm. Precedence constraints among tasks of the same transaction are modeled by properly assigning scheduling parameters as offsets, jitters and intermediate deadlines.In this paper we address the problem of schedulability analysis of distributed real-time transactions under the earliest deadline first scheduling algorithm. We propose a novel methodology that reduces the pessimism introduced by previous methods by explicitly taking into account the offsets of the tasks. Moreover, we extend the analysis to account for blocking time due to shared resources. In particular, we propose two kinds of schedulability tests, CDO-TO and MDO-TO, and show, with an extensive set of simulations, that they provides improved schedulability conditions with respect to classical algorithms. Finally, we apply the methodology to an important class of systems: heterogeneous multiprocessor systems, with a general purpose processor and one or more coprocessors (DSPs).     

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。     

混合型实时容错调度算法的设计和性能分析

以往文献中研究的实时容错调度算法都只能调度单一的具有容错需求的任务.该文建立了一个混合型实时容错调度模型,提出一种静态实时容错调度算法.该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.该文还提出了一个求解最小处理机个数的算法,用于对静态实时容错调度算法的性能进行模拟分析.为了提高静态调度算法的调度性能,提出了一种动态调度算法.最后,通过模拟实验分析了静态和动态调度算法的性能.实验表明,调度算法的性能与实时任务的个数、任务的计算时间、周期和处理机个数等系统参数相关.     

基于双层调度框架的开放式实时系统非实时应用调度

在开放式实时系统中,多类型实时和非实时应用同时并存,这给系统调度机制带来了新的需求和挑战。对一种开放式实时系统调度机制进行了简单的介绍,指出了非实时应用调度时不可抢占区可能影响系统可调度性,并提出了一种解决方案,弥补了原有调度机制的缺点,完善了开放式实时系统的双层调度框架,保证了开放式实时系统并存多类型实时及非实时应用的可调度性。     

Scheduling and Priority Mapping for Static Real-Time Middleware

This paperpresents a middleware real-time scheduling technique for static,distributed, real-time applications. The technique uses globaldeadline monotonic priority assignment to clients and the DistributedPriority Ceiling protocol to provide concurrency control andpriorities for server execution. The paper presents a new algorithmfor mapping the potentially large number of unique global prioritiesrequired by this scheduling technique to the restricted set ofpriorities provided by commercial real-time operating systems.This algorithm is called Lowest Overlap First Priority Mapping;we prove that it is optimal among direct priority mapping algorithms.This paper also presents the implementation of these real-timemiddleware scheduling techniques in a Scheduling Service thatmeets the interface proposed for such a service in the Real-TimeCORBA 1.0 standard. Our prototype Scheduling Service is integratedwith the commercial PERTS tool that provides schedulability analysisand automated generation of global and local priorities for clientsand servers.     

一种新的组优先级动态实时调度算法

传统动态调度算法由于对优先级个数没有限制,在实际应用中往往受制约,达不到很好的调度性能.针对此问题,考虑硬实时抢占任务调度需要,提出一种新的组优先级动态实时调度算法.研究作业执行顺序改变对系统可调度性能的影响,给出作业分组可调度性能测试.新算法将满足分组可调度测试公式的作业作为一个任务组,各任务组之间按照最小截止期优先调度,任务组内按照最短作业优先的原则执行作业.仿真结果表明,与最小截止期优先等传统调度算法相比,新算法不仅能有效降低算法所需优先级个数,还能提高任务调度的成功率,缩短平均响应时间,减少任务切换次数.