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.     

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。     

异构分布式实时系统的容错优化调度算法

针对分布式实时系统,在分析了单处理调度算法的基础上,结合版本复制技术和首次适应方法,给出了一种容错调度算法。分析了算法的可调度性,给出任务的可调度性条件。在满足任务容错可调度的情况下,以提高处理器的利用率为目标,对基版本时限进行了优化,给出了基版本优化时限的求取算法。仿真结果表明,本文算法将可以得到比FTEDFFF和FTRMFF更高的处理器利用率。     

多处理机系统的一种实时容错调度算法

实时容错调度算法是实时系统容错研究中的重要问题.提出了一种多处理机系统的实时任务容错调度算法.该算法结合了基版本/副版本(Primary/Backup)方法和三模冗余(TMR)方法,以保证在一个节点机失效时,任务可以在其截止时限内完成.     

基于EDF的分布式系统实时容错调度算法

将分布式系统的任务分配算法与处理器局部调度算法相结合，提出一种主动备份的、基于EDF的分布式系统实时容错调度算法，其特点是主／副版本执行时间可以重叠。给出了该调度算法的任务集可调度的充分条件、任务集可调度所需最小处理器个数的计算方法。模拟结果比较了主动备份容错调度算法与被动备份容错调度算法，结果表明卞动备份算法效率更优。     

基于延迟副版本的分布式控制系统容错调度算法

针对分布式控制系统中的周期性实时任务,基于版本复制技术设计一种新的容错调度算法.该算法将主动副版本技术、被动副版本技术和副版本重叠技术融合起来,充分利用它们的优点.算法通过延迟副版本的开始执行时间减少主/副版本执行时问的重叠,从而减少副版本的冗余度并提高处理器的利用率.给出了任务集容错可调度性的判别定理和副版本冗余时间的计算方法.在采用以最小化"最坏情况响应时间"的最佳适应方法和首次适应任务分配方法的基础上,给出启发式任务分配算法.最后对算法进行了仿真实验,实验结果表明了算法的有效性和可行性.     

副版本优先级可提升的全局容错调度算法

在主副版本机制的全局容错调度中,副版本运行窗口短,采用优先级继承策略的副版本响应时间长,容易错失截止期.针对副版本实时性差的问题,提出基于优先级提升策略的全局容错调度算法(fault tolerant global scheduling with backup priority promotion, FTGS-BPP),通过赋予副版本比主版本高的优先级,减少副版本在运行过程中受到的干扰,缩短了副版本的响应时间,改善了副版本的实时性,从而减少了实现容错所需的额外处理器资源.仿真结果表明,和采用优先级继承策略的全局容错调度算法相比,FTGS-BPP在调度相同的任务集时明显降低了处理器资源需求.     

主桙副版本模型中预分配容错实时调度算法

实时系统中任务的超时完成可能导致灾难性后果,因此要求系统具备容错处理能力,以保证系统出错后的实时性及可靠性。主/副版本模型是提高实时系统容错能力的有效技术。传统的容错实时调度算法通过为副版本预留处理器时间来实现软件容错,为副版本预留的处理器时间在系统运行过程中需动态调整,增加了系统的容错调度开销。提出一种基于res‐backw ards‐RM 预分配子算法的容错实时调度算法BCE*,通过限制预分配过程中高优先级任务的抢占条件,在不影响系统可调度性的同时可以有效避免副版本预留时间的动态调整,降低系统的容错调度开销。仿真实验验证了BC E*算法的可行性及有效性,且在系统出错概率及主版本负载较低的环境下,BC E*算法对系统容错调度开销的优化效果更显著。     

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。     

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.     

实时多处理机系统BEST-FIT启发式容错调度

本文从有效利用资源的角度出发,提出了一种以最小化处理机数目为优化目标的Best-Fit启发式容错调度算法。该算法采用主/副版本备份技术和副版本的主动运行方式与被运行方式相结合的方法,将实时任务的主版本和副版本调度到不同处理机上运行;并且按照Best-Fit启发式策略为实时任务主版本寻找“最佳满足”处理机,使尽可能多的实时任务副版本以被动方式运行。算法既保证了系统的实时性和容错性,也节约了处理机。分析和仿真结果均证明了算法的有效性。     

异构平台实时任务的可用性提升容错调度算法

随着互联网+、云计算以及大数据等领域的迅速发展,异构平台成为部署科学计算、工业控制、云存储等关键应用的重要平台.由于平台内处理机性能及软硬件体系结构的异构性,异构平台表现出良好的可扩展性与高性价比.但是平台规模扩大和系统应用日趋复杂导致异构平台上实时任务的可调度性变差,系统可用性降低.针对此问题,提出了一种异构平台实时任务的可用性提升容错调度算法(availability improving fault-tolerant scheduling algorithm, AIFSAL).以处理器利用率和可用性成本为依据设计任务调度整体框架结构、处理机、任务以及调度模型;结合可用性成本设计算法并通过主副版本备份(primary/backup copy, PB)方法实现容错,任务副版本根据处理器利用率不同选择被动或重叠方式执行以减少系统冗余开销,提高可调度性,调度中无论任务主、副版本均优先选择可用性成本低的处理机以提高系统可用性;对任务分配情况和可调度性进行理论分析以证明AIFSAL的可行性.仿真实验与比较分析表明,AIFSAL较可用性约束(availability approached task scheduling algorithm, AATSAL)算法、单调速率扩展(task partition based fault-tolerant rate-monotonic, TPFTRM)算法以及最早完成时间(MinMin)算法在不降低可调度性的基础上有效地提升了系统可用性,减少了系统综合开销,综合性能提高显著.     

基于模拟退火算法的改进主/副版本调度算法

针对异构分布式系统中面向任务优先级约束的调度问题,提出一种基于模拟退火算法的改进主/副版本调度算法SAPB。任务模型以有向无环图DAG表示,该算法共计调度主、副2个版本的任务。在任务优先级排序阶段,采取HEFT的任务排序方法,避免了eFRD等主/副版本调度算法中任务模型描述的局限性问题;在任务处理器分配阶段,采取模拟退火算法搜索满足截止时限条件下具有更高可靠性的调度结果,并且采取多一重备份策略以解决处理器数量相对较少时任务优先级约束带来的副版本调度易失败问题。最后,通过随机生成的DAG图进行仿真实验,结果表明,相比eFRD等算法SAPB具有更优的副版本可调度性和更高的系统可靠性。     

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。     

Fault-tolerant rate-monotonic first-fit scheduling inhard-real-time systems

Hard-real-time systems require predictable performance despite the occurrence of failures. In this paper, fault tolerance is implemented by using a novel duplication technique where each task scheduled on a processor has either an active backup copy or a passive backup copy scheduled on a different processor. An active copy is always executed, while a passive copy is executed only in the case of a failure. First, the paper considers the ability of the widely-used rate-monotonic scheduling algorithm to meet the deadlines of periodic tasks in the presence of a processor failure. In particular, the completion time test is extended so as to check the schedulability on a single processor of a task set including backup copies. Then, the paper extends the well-known rate-monotonic first-fit assignment algorithm, where all the task copies, included the backup copies, are considered by rate-monotonic priority order and assigned to the first processor in which they fit. The proposed algorithm determines which tasks must use the active duplication and which can use the passive duplication. Passive duplication is preferred whenever possible, so as to overbook each processor with many passive copies whose primary copies are assigned to different processors. Moreover, the space allocated to active copies is reclaimed as soon as a failure is detected. Passive copy overbooking and active copy deallocation allow many passive copies to be scheduled sharing the same time intervals on the same processor, thus reducing the total number of processors needed. Simulation studies reveal a remarkable saving of processors with respect to those needed by the usual active duplication approach in which the schedule of the non-fault-tolerant case is duplicated on two sets of processors     

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。     

A fault-tolerant dynamic scheduling algorithm for multiprocessorreal-time systems and its analysis

Many time-critical applications require dynamic scheduling with predictable performance. Tasks corresponding to these applications have deadlines to be met despite the presence of faults. In this paper, we propose an algorithm to dynamically schedule arriving real-time tasks with resource and fault-tolerant requirements on to multiprocessor systems. The tasks are assumed to be nonpreemptable and each task has two copies (versions) which are mutually excluded in space, as well as in time in the schedule, to handle permanent processor failures and to obtain better performance, respectively. Our algorithm can tolerate more than one fault at a time, and employs performance improving techniques such as 1) distance concept which decides the relative position of the two copies of a task in the task queue, 2) flexible backup overloading, which introduces a trade-off between degree of fault tolerance and performance, and 3) resource reclaiming, which reclaims resources both from deallocated backups and early completing tasks. We quantify, through simulation studies, the effectiveness of each of these techniques in improving the guarantee ratio, which is defined as the percentage of total tasks, arrived in the system, whose deadlines are met. Also, we compare through simulation studies the performance our algorithm with a best known algorithm for the problem, and show analytically the importance of distance parameter in fault-tolerant dynamic scheduling in multiprocessor real-time systems     

异构分布式实时系统中对具有前后依赖关系任务的基于动态可变调度距离容错调度算法

目前的主副版本容错调度算法大多没有考虑任务间的前后依赖关系,但实际中很多任务是具有前后依赖关系的。本文提出了一种基于主副版本动态可变调度距离的任务容错调度算法,该技术通过比较任务间的最晚开始执行时间与最早开始执行时间的差值,安排任务副版本的调度,并且基于此设计了可用于具有前后依赖关系任务调度可重叠技术。本文提出的基于动态可变调度距离的容错调度算法在尽可能让任务最早完成的情况下,提高系统的可靠性,并且优先调度关键路径任务,降低了系统的容错开销。最后通过实验证明本文算法的有效性和优异性。