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多核实时系统中基于可靠性的同步感知任务划分算法设计

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摘 要

Abstract

目 录

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 容错技术简介

1.2.2 多核实时调度

1.2.3 资源访问约束

1.2.4 相关研究

1.3 论文主要研究内容

1.4 论文组织结构

2 相关模型及可调度性条件

2.1 系统模型和任务模型

2.2 容错模型

2.3 资源访问协议MSRP

2.4 可调度性条件

2.5 本章小结

3 可靠性和资源感知任务划分算法设计

3.1 RSA-TPA算法概述

3.2 降低全局等待时间的方法

3.3 待分配任务的利用率估计

3.4 目标处理器核心的选择

3.5 RSA-TPA任务划分调度分析和实例

3.6 本章小结

4 快速算法RSA-TPA-efficient

4.1 RSA-TPA-efficient快速算法的提出

4.2 快速算法的理论性证明

4.3 本章小结

5 实验和讨论

5.1 实验参数设置

5.2 模拟实验结果

5.3 本章小结

6 总结和展望

6.1 论文总结

6.2 不足和展望

致 谢

参考文献

附录 攻读学位期间参加的课题项目

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摘要

由于计算设备和软件运行易受不同类型的故障影响,容错技术一直是安全关键性实时系统中极其重要的研究方向。此外,多核处理器最近已成为现代化嵌入式实时系统最流行的计算引擎。但是关于多核平台上基于共享资源实时任务调度算法的容错技术的研究工作很少,其中源自资源访问竞争的任务同步可能显著降低任务系统的可调度性。因此,为基于共享资源的多核平台实时任务调度问题提供可靠性维护机制具有重要的理论及应用价值。 首先基于MSRP(Multiprocessor Stack Resource Policy)协议的Partitioned-EDF调度器和主/备任务技术的任务系统,提出了一个可靠性以及同步感知的任务划分算法(RSA-TPA),并给出了详细的算法设计。RSA-TPA算法通过分析任务系统运行的同步干扰本质,提出了一种资源引导启发式方法来收紧任务同步的成本。通过该方法来定义任务的利用率估计,并根据该利用率估计动态地进行任务的分配优先级排序。接着,在任务划分时,通过合理的划分策略最小化系统利用率增长,进而提高系统可调度性和负载均衡能力。最后,为了降低RSA-TPA算法的时间复杂度,提出了RSA-TPA算法的一个快速版本RSA-TPA-efficient,并给出算法的正确性证明。 大量的模拟实验结果表明,与现有的考虑可靠性维护或者任务同步的映射算法相比,RSA-TPA方案可以获得更高的可调度比率,且与SA-WFD算法有着近似的系统工作负载均衡能力。并且快速版本RSA-TPA-efficient也可以获得与RSA-TPA接近的可调度比率和负载均衡能力。

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