论文题目: 容错实时系统可调度性分析研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 计算机应用
作者: 王磊
导师: 吴朝晖
关键词: 实时系统,任务调度,可调度性分析,响应时间分析,容错,分布式实时系统
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 实时系统在工业、商业和军事领域中得到了广泛应用,这类系统对响应时间具有严格的要求,尤其是强实时系统,如果不能满足响应时限,将可能导致灾难性的后果。因此在实时系统设计过程中必须提供相应的手段来保证整个系统运行的实时性。可调度性分析是一种验证计算机系统是否满足实时性要求的方法,广泛应用于实时系统的开发过程。但是随着应用需求的不断提高,实时系统的设计也变得越来越复杂,尤其是实时操作系统、容错技术以及分布式计算技术在实时系统中的大量应用,现有的分析方法已无法满足复杂的应用需求。本文以实时控制系统的开发为背景,研究了在采用符合OSEK/VDX标准的实时操作系统,主/副版本任务错误机制,以及在分布式系统环境下,进行系统可调度性分析的方法。本文的工作主要集中在以下四个方面: 1.混合抢占和分组抢占调度下的系统可调度性分析研究。混合抢占和分组抢占调度是OSEK/VDX操作系统规范推荐的两种实时调度策略,目前并未见到针对这两种调度策略的可调度性分析研究。本文分别针对这两种调度策略提出了计算任务最大响应时间的方法,通过对任务最大响应时间和截止时间的比较判定系统的可调度性。为了分析容错机制对系统可调度性的影响,将主/副版本容错机制分别与混合抢占调度和分组抢占调度相结合,提出了容错机制下任务最大响应时间的计算方法,并在此算法基础上给出了系统可承受最小错误间隔的算法。 2.抢占门限调度下的系统可调度性分析研究。抢占门限调度比混合抢占和分组抢占具有更强的灵活性和通用型。但是目前针对这种调度策略的可调度性分析只考虑了系统正常运行的情况,并未考虑容错机制的影响。为此本文对这种调度策略进行了可调度性分析的容错扩展研究,提出了主/副版本容错机制下的任务最大响应时间计算方法。为了获得最优的系统容错性能,还提出了优化遍历算法和启发式算法来计算系统抢占门限优先级分配的最优策略。 3.分布式实时系统的可调度性分析研究。现有的针对分布式实时系统的可调度性分析方法无法在满足分析精确性的同时保证较高的计算性能,在实际应用中无法满足复杂实时系统设计对可调度性分析的性能要求。为解决这一问题,本文针对事务周期不大于其截止时间的情况,提出了线性分布式系统事务端到端最大响应时间和最小响应时间的计算方法。该方法充分考虑了任务和消息的本地、全局依赖关系以及释放抖动的影响,可以获得精确的分析结果。通过关键时刻分析和规范形式转换,降低了算法的计算复杂度。实验表明,本文提出的分布式系统可调度
论文目录:
摘要
Abstract
第1章 引言
1．1 研究背景
1．2 实时系统概述
1．2．1 实时系统概念
1．2．2 实时任务调度
1．2．3 可调度性分析
1．3 OSEK/VDX标准概述
1．3．1 OSEK/VVDX标准的主要内容
1．3．2 OSEK OS
1．4 系统可靠性和容错
1．5 研究动机
1．6 论文的主要内容和贡献
1．7 论文结构
第2章 研究基础和现状
2．1 实时系统模型
2．1．1 单处理器系统
2．1．2 分布式系统
2．2 资源访问控制协议
2．3 错误模型和容错模型
2．4 可调度性分析技术现状
2．4．1 基于CPU利用率的可调度性分析
2．4．2 基于系统响应时间的可调度性分析
2．5 本章小结
第3章 混合抢占调度的可调度性分析
3．1 计算模型和假设
3．2 单处理器系统可调度性分析的基本方法
3．3 无容错的混合抢占调度
3．3．1 可抢占任务的最大响应时间分析
3．3．2 不可抢占任务的最大响应时间分析
3．4 容错的混合抢占调度
3．4．1 容错可抢占任务的最大响应时间分析
3．4．2 容错不可抢占任务的最大响应时间分析
3．4．3 可调度性分析示例
3．4．4 错误最小间隔时间
3．5 本章小结
第4章 分组抢占调度的可调度性分析
4．1 计算模型与假设
4．2 正常运行时的分组抢占调度
4．3 容错的分组抢占调度
4．4 本章小结
第5章 抢占门限调度的可调度性分析
5．1 计算模型与假设
5．2 正常运行时的抢占门限调度
5．3 容错的抢占门限调度
5．4 抢占门限优先级分配
5．4．1 基于遍历的最优分配
5．4．2 启发式抢占门限分配算法
5．5 性能评价和比较
5．6 本章小结
第6章 分布式系统可调度性分析
6．1 计算模型和假设
6．2 分布式系统可调度性分析的基本原理
6．3 任务本地响应时间
6．3．1 最大响应时间算法
6．3．2 最小响应时间算法
6．4 消息本地响应时间
6．4．1 消息最大响应时间
6．4．2 消息最小响应时间
6．5 分布式系统集成可调度性分析算法
6．6 性能评价和比较
6．7 本章小结
第7章 面向工程应用的可调度性分析
7．1 应用需求
7．2 操作系统开销对响应时间的影响
7．2．1 中断响应延迟
7．2．2 任务调度开销
7．2．3 中断服务的影响
7．2．4 SmartOSEK的系统性能参数
7．3 支持OSEK/VDX标准的时间性能分析工具
7．3．1 SmartDesigner
7．3．2 SmartOIL
7．3．3 SmartTracer
7．3．4 SmartAnalyser
7．4 本章小结
第8章 结束语
8．1 本文工作总结
8．2 未来工作设想
参考文献
攻读博士期间发表论文及专利申请
攻读博士期间参加项目情况
致谢
发布时间: 2006-02-08
参考文献
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