發(fā)布時間：2020-05-25 04:37

【摘要】： 硬實時系統(tǒng)的一個關(guān)鍵因素在于時間上系統(tǒng)必須具有可預(yù)測性,系統(tǒng)必須確保每個實時任務(wù)在限定的時間內(nèi)完成。而正確的可調(diào)度性分析是建立可預(yù)測的硬實時系統(tǒng)的重要手段之一。與無容錯需求的實時系統(tǒng)相比,容錯硬實時系統(tǒng)具有及時響應(yīng)、高可靠性、效率高和容錯能力強等特征,容錯實時系統(tǒng)的特點為可調(diào)度性分析的研究提出了新的要求,這樣就需要對原有的硬實時系統(tǒng)的可調(diào)度性分析進行容錯方面的擴充,以進一步提高其在容錯硬實時系統(tǒng)中的實際應(yīng)用水平,使其能更好地同時滿足硬實時和容錯的需求。 針對現(xiàn)有基于截止期限小于周期的容錯硬實時任務(wù)模型的兩種容錯優(yōu)先級分配策略——容錯優(yōu)先級繼承策略和允許容錯優(yōu)先級提高策略在提高容錯實時系統(tǒng)的容錯能力存在的缺陷,通過對截止期限小于周期的容錯硬實時任務(wù)進行基于最壞響應(yīng)時間的可調(diào)度性分析,提出了一種允許容錯優(yōu)先級降低的分配策略,以便挪用高優(yōu)先級任務(wù)的空閑時間來處理低優(yōu)先級任務(wù)的容錯,從而保證出錯的任務(wù)滿足截止期限的要求;并且根據(jù)這種分配策略的性質(zhì),設(shè)計了改進的容錯優(yōu)先級分配搜索算法IFPCS(Improved Fault-Tolerant Priority Configuration Search Algorithm)。經(jīng)過研究分析和實驗驗證,在繼承和提高兩種容錯優(yōu)先級分配策略無法提高系統(tǒng)的容錯能力的情況下,合理地降低任務(wù)的容錯優(yōu)先級,能夠有效地提高容錯實時系統(tǒng)的容錯能力。 雖然容錯優(yōu)先級提高分配策略和容錯優(yōu)先級降低分配策略在一定程度上能解決在容錯優(yōu)先級繼承分配策略下任務(wù)不可調(diào)度的問題,但是這兩種分配策略都只是單一地提高或降低容錯優(yōu)先級。基于這一原因,進一步分析了這三種容錯優(yōu)先級分配策略在提高系統(tǒng)容錯能力的不足,提出了一種容錯優(yōu)先級混合分配策略,既允許容錯優(yōu)先級提高又允許容錯優(yōu)先級降低,并基于任務(wù)最壞響應(yīng)時間分析,設(shè)計了在這種容錯優(yōu)先級混合分配策略下的容錯優(yōu)先級混合式分配搜索算法FPCMS(Fault-Tolerant Priority Configuration Mixed Search Algorithm)。實驗結(jié)果驗證了在提高系統(tǒng)容錯能力方面,容錯優(yōu)先級混合分配策略均優(yōu)于上述三種分配策略。 為了使容錯硬實時任務(wù)模型更具典型性,所進行的可調(diào)度性分析結(jié)果能夠適用于各種容錯實時系統(tǒng),特別是實時通信系統(tǒng)和分布式系統(tǒng)中,解除了以往容錯硬實時任務(wù)的可調(diào)度性分析中對任務(wù)截止期限不能大于對應(yīng)周期的限制。當(dāng)截止期限任意值時,任務(wù)在完成第一次激活之前,可能會被第二次激活。這就意味著任務(wù)的第二次激活不僅僅會被高優(yōu)先級任務(wù)搶占,而且也會被第一次激活打斷執(zhí)行。因此,通過分析任務(wù)的一系列激活的響應(yīng)時間來分析這種任務(wù)模型在容錯優(yōu)先級繼承策略和容錯優(yōu)先級提高策略下的任務(wù)可調(diào)度性。經(jīng)研究分析和實例驗證,采取容錯優(yōu)先級提高策略,能夠有效地提高任務(wù)的可調(diào)度性。最后根據(jù)容錯優(yōu)先級提高策略,設(shè)計了基于截止期限任意值的容錯硬實時任務(wù)模型的容錯優(yōu)先級分配搜索算法。 現(xiàn)有的靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法都假定系統(tǒng)優(yōu)先級個數(shù)無限多,而實際上底層系統(tǒng)支持的優(yōu)先級個數(shù)是有限的。通過對優(yōu)先級有限時的容錯硬實時任務(wù)進行可調(diào)度性分析,提出了一種合適的解決方案來提高任務(wù)的可調(diào)度能力。這個方法主要的思想是允許任務(wù)的替代任務(wù)在更高的系統(tǒng)優(yōu)先級上來恢復(fù)故障,這樣能更好地挪用高系統(tǒng)優(yōu)先級上的空閑時間。為了比較在不同容錯優(yōu)先級分配策略下優(yōu)先級有限時容錯硬實時任務(wù)的可調(diào)度性,引入了“相對可調(diào)度飽和度”的概念來作為評價所討論的優(yōu)先級有限時容錯硬實時任務(wù)可調(diào)度性的指標(biāo)。經(jīng)過研究分析和實驗驗證,與容錯優(yōu)先級繼承策略相比,允許容錯優(yōu)先級合理地提高,能夠有效地提高系統(tǒng)的可調(diào)度能力。 為了滿足高可靠性實時系統(tǒng)的應(yīng)用需求,對RTLinux實時操作系統(tǒng)進行了容錯實時性改造。首先,采取了基于主/副版本技術(shù)的容錯模型,對實時線程控制塊進行了重新定義;其次,根據(jù)先前提出的基于最壞相應(yīng)時間的容錯任務(wù)可調(diào)度性分析實現(xiàn)了基于FPCMS算法的容錯實時任務(wù)分析器;最后,給出了容錯實時任務(wù)的設(shè)計框架。
【圖文】：

圖 2.7 ΔTe的曲線2.6 小結(jié)本章針對容錯優(yōu)先級繼承和允許容錯優(yōu)先級提高的兩種分配策略在提高容錯實時系統(tǒng)的容錯能力所存在的缺陷，通過對容錯實時系統(tǒng)進行基于最壞響應(yīng)時間的可調(diào)度性分析，提出了一種允許容錯優(yōu)先級降低的分配策略；并且根據(jù)這種分配策略的性質(zhì)，設(shè)計了改進的容錯優(yōu)先級分配搜索算法 IFPCS。經(jīng)過研究分析和實驗驗證在繼承和提高兩種容錯優(yōu)先級分配策略無法提高系統(tǒng)的容錯能力的情況下，合理地降低任務(wù)的容錯優(yōu)先級，能夠有效地提高容錯實時系統(tǒng)的容錯能力。

圖 3.2 可知，在這 100 組任務(wù)中，(ΔTe)FPCMS為 0.208±，，而(ΔTe)PCS為 0.123±, (ΔTe)IFPCS只有0.034±。這說明在提高系統(tǒng)容錯能力方面，F(xiàn)PCMS算法是優(yōu)于PCS算法和IFPCS算法的。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：TP303

【引證文獻】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 寇家林;Linux上內(nèi)核多加密卡容錯實時并行調(diào)度系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2010年

本文編號：2679582