嵌入式实时系统中基于检验点检测的电压分配技术

嵌入式实时系统的实时特性、高度的系统可靠性和低系统能耗对综合考虑系统的容错和节能提出了要求.研究了嵌入式实时系统巾如何达到上述三大日标的非周期任务调度和电压分配问题.在基于检验点容错技术的可调度性检测基础卜,提出了对于系统非周期任务的基于调度性检测的电压分配算法CST-VA,该算法在保证任务实时性的同时提高了系统的可靠性,节省了系统的能耗.模拟实验表明,该算法比现有电压分配算法更适合于嵌入式实时系统.     

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.     

异构分布式实时仿真系统的容错调度算法

异构分布式实时仿真系统是一类特殊的实时系统,基于改进的SP(spare processor)容错模型(checkpoint-based spare processor,简称CSP)对其容错问题进行了研究.首先,根据仿真系统的特点提出了两个命题,这是后续工作的基础;而后,基于Markov链对仿真任务的最坏反应时间进行了分析,并提出了仿真任务的可调度性分析规则;最后,基于CSP容错模型和上述可调度分析规则提出了异构分布式实时仿真系统的容错调度算法CSP-RTFT.算法的仿真结果表明:该算法较之基于SP模型的算法SP-RTFT可获得更好的稳定性、更高的任务接收率;缺点是资源利用率比PB模型下的算法要低.     

面向多处理器的实时周期任务容错调度算法研究

主副版本策略是多处理器系统实时任务调度中处理容错问题的一种重要方式.根据分布式控制系统的特点,本文提出一种改进的FTRMBF算法-PR-FTRMBF,以提高系统周期任务的可调度性.在FTRMBF等已有的调度算法中,当没有处理器分配给当前副版本时,将为副版本分配新的处理器;本文提出的改进算法则以回溯的方式重新分配主版本.在保证系统实时性能和容错能力的前提下,节省了处理器数目.仿真实验表明,与FTRMBF算法相比,改进算法显著提高了系统任务的可调度性.     

基于(m,k)-firm约束规范的混合任务调度算法研究

讨论了在准实时环境下,包括准实时周期任务和准实时非周期任务在内的混合任务调度算法HTSF.HTSF算法是在满足周期任务(m,k)-firm 约束规范的前提下提高非周期任务可调度性,同时合理利用可用空闲时间,提高整个系统的服务质量.HTSF算法给出了非周期任务的可调度性分析方法,同时采用静态调度与动态调度相结合的方法调度周期任务和非周期任务.模拟测试结果显示,系统对非周期任务的接收率比同类相关算法的接收率高.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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).     

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。     

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.     

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.     

基于反馈算法的灵活实时调度器的设计与实现

实时调度程序通常会预留大量资源和提供种类繁多的调度算法,这样会造成资源浪费和复杂的系统结构。灵活调度的目的是减少资源浪费和简化系统结构。本文提出的灵活调度模型克服了以往灵活调度模型的缺点,将控制理论和实时系统负载调节算法相结合,动态调整实时系统的参数,从而保证了实时系统的可调度性和稳定性。在Linux 2.4.0核心上实现的灵活调度服务器RT_Server验证了该灵活调度模型的高效性和实用性。     

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%).     

实时异构系统的动态调度算法研究

实时多处理器系统是解决复杂时应用的有效手段,目前对实时多处理器调度算法的研究却大多集中在同构系统上,对实时异构系统的调度则研究得比较少,提出了一种新的实时异构系统的动态调度算法,该算法采用了集中式的调度方案,同时,引入了一个新的任务分配策略,从而通过提高任务可行性而提高了算的调度成功率,此外,为了评估该算法的性能,还进行了大量的模拟研究,由于近视算法经简单修改便可以应用到实时异构系统的动态调度中,因此,在模拟研究中,以近视算法作为基准,将其应用于实时异构系统动态调度时的性能与新算法进行了比较,模拟结果显示,在多种任务参数的取值下,新算法的调度成功率均高于近视算法。     

Fault-tolerant and real-time scheduling for mixed-criticality systems

The design and analysis of real-time scheduling algorithms for safety-critical systems is a challenging problem due to the temporal dependencies among different design constraints. This paper considers scheduling sporadic tasks with three interrelated design constraints: (i) meeting the hard deadlines of application tasks, (ii) providing fault tolerance by executing backups, and (iii) respecting the criticality of each task to facilitate system’s certification. First, a new approach to model mixed-criticality systems from the perspective of fault tolerance is proposed. Second, a uniprocessor fixed-priority scheduling algorithm, called fault-tolerant mixed-criticality (FTMC) scheduling, is designed for the proposed model. The FTMC algorithm executes backups to recover from task errors caused by hardware or software faults. Third, a sufficient schedulability test is derived, when satisfied for a (mixed-criticality) task set, guarantees that all deadlines are met even if backups are executed to recover from errors. Finally, evaluations illustrate the effectiveness of the proposed test.