实时系统容错调度算法的研究

论文摘要

随着实时计算技术的飞速发展,越来越多的安全关键应用依赖实时系统作为核心控制部件,实时系统成为影响安全关键应用性能和可靠性的决定性因素。显然,提高实时系统的可靠性与提高实时系统的性能具有同样重要的意义。随着硬件可靠性的大幅度提高,实时软件的可靠性成为限制系统可信性的瓶颈。容错,作为保障实时软件可靠性的重要技术,已经成为实时系统研究的热点。因此,研究和设计高效、简单、实用的容错实时调度算法是容错实时系统需要解决的首要问题。本文首先介绍了实时系统的系统结构,然后详细介绍了经典的实时调度算法和实时容错调度算法。在分析容错实时系统面临的主要问题基础上,本论文对容错实时调度算法进行了深入地研究,主要工作为:（1）将关键度实时系统与现有的容错实时调度算法相结合,基于不同的系统需求提出了两种支持多级关键度的容错实时调度算法RT-FT-SCA和RT-FT-SCA-2算法。（2）在支持多级关键度的容错实时调度算法基础上提出基于检测点的关键度容错实时调度算法RT-FT-S2CA,在不降低算法的容错能力的前提下,提高了系统的资源利用率和任务吞吐量。（3）设计实现了实时系统任务调度仿真器RM-Simulator,实现了RM、FT-RM、EDF、FT-EDF、USDF、USDF-CP、RT-FT-SCA、RT-FT-SCA-2和RT-FT-S2CA算法;并且对容错调度算法进行测试,结果表明,RT-FT-SCA-2算法和RT-FT-S2CA在不降低算法的容错能力的前提下,提高了系统的资源利用率和任务吞吐量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• Contents
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 本项研究的意义
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 本文的内容安排
• 第二章 实时容错技术
• 2.1 引言
• 2.2 实时系统结构
• 2.3 缺陷、错误和失效
• 2.3.1 缺陷
• 2.3.2 错误
• 2.3.3 失效
• 2.3.4 三者关系
• 2.4 容错
• 2.4.1 可靠性技术
• 2.4.2 容错
• 2.4.3 错误处理
• 2.4.4 检测点技术
• 2.4.5 DVS技术与检测点技术的结合
• 2.5 本章小结
• 第三章 实时调度
• 3.1 引言
• 3.2 实时调度基本知识
• 3.2.1 任务调度
• 3.2.2 任务及其特性
• 3.2.3 实时调度算法的分类
• 3.2.4 实时调度算法的性能评估标准
• 3.3 实时多任务调度算法
• 3.3.1 实时多任务静态调度算法
• 3.3.2 实时多任务动态调度算法
• 3.4 容错多任务实时调度算法
• 3.4.1 单处理器静态容错实时调度
• 3.4.2 单处理器动态容错实时调度
• 3.5 本章小结
• 第四章 支持多级关键度的实时容错调度
• 4.1 引言
• 4.2 RT-FT-SCA算法
• 4.2.1 RT-FT-SCA的系统模型
• 4.2.2 关键度
• 4.2.3 RT-FT-SCA响应时间分析
• 4.2.4 实例分析
• 4.3 RT-FT-SCA-2算法
• 4.3.1 RT-FT-SCA-2的系统模型
• 4.3.2 RT-FT-SCA-2响应时间分析
• 4.3.3 实例分析
• 4.4 基于检测点的关键度实时容错调度算法RT-FT-S2CA
• 4.4.1 RT-FT-S2CA的系统模型
• 4.4.2 RT-FT-S2CA响应时间分析
• 4.4.3 实例分析
• 4.5 本章小节
• 第五章 实时系统调度仿真
• 5.1 引言
• 5.2 实时系统调度仿真平台
• 5.3 各个算法比较
• 5.3.1 不出现错误的情况下各个算法的比较
• 5.3.2 出现错误的情况下各个算法的比较
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文总结和进一步工作
• 6.1 成果
• 6.2 不足与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果
• 致谢