本文選題：動態(tài)重構(gòu)　切入點：實時系統(tǒng)　出處：《西安電子科技大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：在過去四十年中,實時系統(tǒng)調(diào)度與重構(gòu)作為一大熱點,已經(jīng)被深入而廣泛地研究過,成果豐碩。目前,在此研究領(lǐng)域里,已經(jīng)建立了比較完善的基礎(chǔ)理論體系。通常,實時系統(tǒng)的調(diào)度算法主要可以分為兩大類：基于靜態(tài)優(yōu)先級與基于動態(tài)優(yōu)先級的調(diào)度。最早截止時間優(yōu)先算法是目前最為廣泛使用的基于動態(tài)優(yōu)先級的調(diào)度算法。相應地,最為常見的靜態(tài)優(yōu)先級的調(diào)度算法是固定優(yōu)先級調(diào)度。此外,在實時系統(tǒng)的調(diào)度過程中,任務的執(zhí)行方式可以分為可剝奪和不可剝奪兩種方式�；诖�,用戶可以對實時系統(tǒng)進行動態(tài)的重構(gòu),以保證系統(tǒng)的正常運行。近年來,國內(nèi)外學者對實時系統(tǒng)的低能耗動態(tài)重構(gòu)進行了大量的研究與探討。本畢業(yè)論文所要實現(xiàn)的第一個貢獻就是,通過對實時系統(tǒng)進行低能耗的動態(tài)重構(gòu),以達到降低系統(tǒng)的能量消耗的重要目標。此部分主要是對具有實時周期任務和隨機任務的系統(tǒng)執(zhí)行低能耗重構(gòu)。這些任務的運行與系統(tǒng)的內(nèi)外部事件相對應。具體涉及對周期性任務和有硬／軟截止時間的隨機任務執(zhí)行調(diào)度。這種基于事件的重構(gòu)方案允許動態(tài)地添加／刪除由系統(tǒng)指派的周期性任務或隨機任務。但在任務增加之后,其中一些任務可能錯過他們的硬截止時間,使調(diào)度失敗。同時,系統(tǒng)的能耗也有可能會增加。為了使系統(tǒng)能夠重新滿足其調(diào)度的可行性與靈活性,并且節(jié)約系統(tǒng)的能耗,本文提出了一種基于智能代理的軟件架構(gòu)。此種智能代理構(gòu)架,可以提供四種實時重構(gòu)系統(tǒng)的解決方案。這些解決方案可以動態(tài)地修改系統(tǒng)中任務的時間參數(shù),以保證其運行正常。此外,為了有效地執(zhí)行隨機任務并且降低系統(tǒng)的能耗,本代理通過動態(tài)地擴展周期性任務的運行周期,提供了三個虛擬處理器。最終,基于仿真研究,我們驗證了該智能代理的有效性。過去三十年以來,離散事件系統(tǒng)的監(jiān)督控制理論從誕生以來,一直受到廣泛的關(guān)注和認可�；陔x散事件系統(tǒng),系統(tǒng)的行為可以被描述成形式語言�；谛问秸Z言,用戶可以方便地定義系統(tǒng)的行為約束。通常情況下,監(jiān)督控制理論可以找到一組最優(yōu)解,該最優(yōu)解對系統(tǒng)的行為有最少的約束。用戶對系統(tǒng)的行為可以提出一定的限制。結(jié)合這些限制,監(jiān)督控制理可以設計控制器并找出最優(yōu)解,使該控制問題可以被全面而有效的解決。時間離散事件系統(tǒng)的監(jiān)督控制理論,通過在考慮時間因素的情況下,可尋找到系統(tǒng)的最優(yōu)解。眾所周知,傳統(tǒng)的實時系統(tǒng)調(diào)度不能提供所有的安全運行路徑。文獻[32]通過將實時任務的基于動態(tài)優(yōu)先級的調(diào)度和時間離散事件系統(tǒng)的監(jiān)督控制進行結(jié)合,最終生成的控制器可以提供給系統(tǒng)所有的調(diào)度運行路徑。以此文獻為基礎(chǔ),本畢業(yè)論文的第二個貢獻是：提出了一種能運行在單處理機上的實時系統(tǒng)動態(tài)調(diào)度重構(gòu)技術(shù)。這種新模型可用來分配給每個周期性任務一組不同的周期。通過利用監(jiān)督控制理論,在實時系統(tǒng)最初始的安全執(zhí)行序列集合為空時,它可被動態(tài)地重構(gòu)。在這個重構(gòu)過程中,基于多周期的環(huán)境,監(jiān)督控制器可以提供所有的安全執(zhí)行路徑。本部分還通過計算兩個實例來進一步闡明,相較于最早截至時間優(yōu)先調(diào)度算法,這種新調(diào)度方法可以提供的更多的安全執(zhí)行路徑的數(shù)量。由于時間離散事件系統(tǒng)中的時間是由唯一的時間事件表示,所以對實時系統(tǒng)行為的描述有一定的局限性。因此導致了其所建立的控制模型只能對靜態(tài)(固定)優(yōu)先級實時系統(tǒng)進行建模、調(diào)度和重構(gòu)。為了能夠提出一套更為普遍,更為完善的實時調(diào)度理論,本畢業(yè)論文的第三個貢獻是：與基于優(yōu)先級的實時調(diào)度方法相比,本文提出了一種更一般的基于離散事件系統(tǒng)的硬周期實時系統(tǒng)調(diào)度模型。該調(diào)度模型的調(diào)度過程是通過監(jiān)督控制理論,而不是以任務的優(yōu)先級去進行決策調(diào)度。該調(diào)度方法可用來處理單處理機或多處理機上運行的所有任務。其中,各實時任務的剝奪關(guān)系比基于優(yōu)先級的剝奪更加一般化。在調(diào)度過程中,首先,計算機形式語言可以被用來描述各實時任務執(zhí)行時所關(guān)聯(lián)的處理器行為；其次,所有的計算機語言是用離散事件系統(tǒng)所生成的控制器來表示；第三,在離散事件系統(tǒng)控制器生成的同時,全局控制器也將產(chǎn)生。在此基礎(chǔ)上,本部分創(chuàng)新地提出了一個新的調(diào)度策略——條件剝奪。在處理器和實時任務兩個層面上,分別構(gòu)建了兩種條件剝奪的方式。此外,為了能夠有效、無阻礙地控制系統(tǒng),并且限制任務的最壞響應時間,本部分還提出了另外兩組約束方式。在產(chǎn)生全局控制器后,通過執(zhí)行監(jiān)督控制理論,計算出的監(jiān)控器可以提供所有的實時安全執(zhí)行路徑。這種監(jiān)控器的計算速度可通過一個三步算法得以加快。最終,本部分用多個實例來驗證了此種新調(diào)度算法。在今后的研究工作中,我們要在本畢業(yè)論文第三個貢獻的基礎(chǔ)上,對實時系統(tǒng)進行動態(tài)地重構(gòu)。另外,現(xiàn)有的調(diào)度和重構(gòu)方法只能提供所有的路徑,而未能在其中找出一組最優(yōu)路徑。在今后的工作中,我們也要致力于這方面的研究。
[Abstract]:In the past forty years, real time scheduling and reconstruction as a hot spot, has been deeply and widely studied and achieved fruitful results. At present, in this field of research, has established a well-established theoretical system. Usually, scheduling algorithm for real-time system can be divided into two main categories: Based on static priority and based on dynamic priority scheduling. The earliest deadline first algorithm is currently the most widely used scheduling algorithm based on dynamic priority. Accordingly, the most common static priority scheduling algorithm is fixed priority scheduling. In addition, in the process of scheduling in real-time systems, tasks can be divided into deprivation and don't be deprived in two ways. Based on this, the user can dynamically reconfiguration of the real-time system, in order to ensure the normal operation of the system. In recent years, domestic and foreign scholars on the dynamic real-time system with low energy consumption State reconstruction was studied and discussed. A large number of the first contribution of this thesis is to be achieved through dynamic reconfiguration, low energy consumption of real-time system, in order to reduce the important goal of the energy consumption of the system. This part is mainly on the system with real-time periodic tasks and task execution machine with low energy reconstruction. The operation of these tasks and system of internal and external events. The corresponding specific scheduling of periodic tasks involving random tasks and hard / soft deadline. This event allows reconstruction scheme to dynamically add / delete by a system of periodic tasks assigned or random based tasks. But in the task after the increase, some of the task they may miss the hard deadline, the scheduling failure. At the same time, the energy consumption of the system is likely to increase. In order to make the system able to meet its feasibility and flexible scheduling Of energy consumption and saving system, this paper proposes an intelligent agent based software architecture. The intelligent agent architecture, can provide four solutions for real-time reconfigurable system. Time parameters of these solutions can dynamically modify the tasks in the system, to ensure its normal operation. In addition, in order to effectively execute the random task and to reduce the energy consumption of the system, the agency through dynamically extended periodic task cycle, provides three virtual processors. Finally, based on the simulation results, we verify the effectiveness of the intelligent agent. Since the past thirty years, the supervisory control theory of discrete event system from its inception, has been the subject of widespread concern and recognition. Based on discrete event system, the behavior of the system can be described as a form of language. Based on the form of language, the user can easily define the behavior of the system is usually binding. Under the condition of supervisory control theory can find a set of optimal solutions, the optimal solution of the behavior of the system is the least constrained. Users put forward certain restrictions on the behavior of the system. With these limitations, supervisory control theory can controller design and find out the optimal solution, the control problem can be comprehensive and effective solution. Time supervisory control theory of discrete event system, by considering the time factor, to find the optimal solution of the system. As everyone knows, the traditional real-time scheduling can provide safe operation of all paths of [32]. This will pass the real-time supervision of dynamic priority scheduling and time discrete event system control based on finally, the controller can be generated to provide dispatching system. This path all the literatures, the second contribution of this thesis is: a Can run on a single processor real-time dynamic scheduling system reconfiguration. The new model can be used to assign each periodic task a group of different periods. Through the use of supervisory control theory, the safety execution sequence of the initial real-time system set is empty, it can be reconstructed dynamically. In the process of reconstruction. Multi cycle based environment, the supervisory controller can provide safe execution path of all. This part also through two examples to further clarify, compared with the earliest deadline first scheduling algorithm, the number of the new scheduling method can provide a more secure execution path. Because of the time discrete event system in time is by the time the only event, so the real-time behavior of the system described has some limitations. Therefore only led to the establishment of control model of static (fixed) priority Modeling real-time system, scheduling and reconstruction. In order to put forward a more common, more real-time scheduling theory, the third contribution of this thesis is: compared with real time scheduling method based on priority, the paper presents hardware cycle based on discrete event system more generally a real-time scheduling model the scheduling process scheduling model. Through the supervisory control theory, rather than to the priority of the task to make decision scheduling. The scheduling method can be used to handle all tasks running on a single processor or multi processor. Among them, the real time task deprived than the priority based on the deprivation of more general. In the process of scheduling, first of all form, computer language can be used to describe the behavior of each processor tasks are associated; secondly, every computer language is generated by a discrete event system The controller to express; third, generated in the discrete event system controller at the same time, will also have a global controller. On this basis, this part proposes a new scheduling strategy - conditions deprived. In the two dimension processor and real-time tasks, we constructed two conditions of deprivation. In addition, in order to effectively and freely control system, task and limit the worst-case response time, this part also proposes the other two groups. In the global constraint controller, through the implementation of supervisory control theory, calculated the monitor can provide real-time security execution path. All the computing speed of the monitor by a three step algorithm is accelerated. In the end, this part with a number of examples to verify the new scheduling algorithm. In the future study, we will in this graduation thesis third contribution On the basis of this, we reconstruct the real-time system dynamically. In addition, the existing scheduling and refactoring methods can only provide all the paths, but fail to find a set of optimal paths. In the future work, we should also focus on this aspect.

【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP301.6

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