容錯(cuò)硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)的可調(diào)度性分析.pdf

1、硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵因素在于時(shí)間上系統(tǒng)必須具有可預(yù)測(cè)性，系統(tǒng)必須確保每個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)在限定的時(shí)間內(nèi)完成。而正確的可調(diào)度性分析是建立可預(yù)測(cè)的硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)的重要手段之一。與無(wú)容錯(cuò)需求的實(shí)時(shí)系統(tǒng)相比，容錯(cuò)硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)具有及時(shí)響應(yīng)、高可靠性、效率高和容錯(cuò)能力強(qiáng)等特征，容錯(cuò)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn)為可調(diào)度性分析的研究提出了新的要求，這樣就需要對(duì)原有的硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)的可調(diào)度性分析進(jìn)行容錯(cuò)方面的擴(kuò)充，以進(jìn)一步提高其在容錯(cuò)硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用水平，使其能更好地同時(shí)滿足硬實(shí)

2、時(shí)和容錯(cuò)的需求。
　　 本研究針對(duì)現(xiàn)有基于截止期限小于周期的容錯(cuò)硬實(shí)時(shí)任務(wù)模型的兩種容錯(cuò)優(yōu)先級(jí)分配策略——容錯(cuò)優(yōu)先級(jí)繼承策略和允許容錯(cuò)優(yōu)先級(jí)提高策略在提高容錯(cuò)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的容錯(cuò)能力存在的缺陷，通過(guò)對(duì)截止期限小于周期的容錯(cuò)硬實(shí)時(shí)任務(wù)進(jìn)行基于最壞響應(yīng)時(shí)間的可調(diào)度性分析，提出了一種允許容錯(cuò)優(yōu)先級(jí)降低的分配策略，以便挪用高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的空閑時(shí)間來(lái)處理低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的容錯(cuò)，從而保證出錯(cuò)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(jì)了改

3、進(jìn)的容錯(cuò)優(yōu)先級(jí)分配搜索算法IFPCS(Improved Fault-Tolerant Priority Configuration Search Algorithm)。經(jīng)過(guò)研究分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在繼承和提高兩種容錯(cuò)優(yōu)先級(jí)分配策略無(wú)法提高系統(tǒng)的容錯(cuò)能力的情況下，合理地降低任務(wù)的容錯(cuò)優(yōu)先級(jí)，能夠有效地提高容錯(cuò)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的容錯(cuò)能力。雖然容錯(cuò)優(yōu)先級(jí)提高分配策略和容錯(cuò)優(yōu)先級(jí)降低分配策略在一定程度上能解決在容錯(cuò)優(yōu)先級(jí)繼承分配策略下任務(wù)不可調(diào)度的問(wèn)題，但

4、是這兩種分配策略都只是單一地提高或降低容錯(cuò)優(yōu)先級(jí)?；谶@一原因，進(jìn)一步分析了這三種容錯(cuò)優(yōu)先級(jí)分配策略在提高系統(tǒng)容錯(cuò)能力的不足，提出了一種容錯(cuò)優(yōu)先級(jí)混合分配策略，既允許容錯(cuò)優(yōu)先級(jí)提高又允許容錯(cuò)優(yōu)先級(jí)降低，并基于任務(wù)最壞響應(yīng)時(shí)間分析，設(shè)計(jì)了在這種容錯(cuò)優(yōu)先級(jí)混合分配策略下的容錯(cuò)優(yōu)先級(jí)混合式分配搜索算法FPCMS(Fault-Tolerant Priority Configuration Mixed Search Algorithm)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果

5、驗(yàn)證了在提高系統(tǒng)容錯(cuò)能力方面，容錯(cuò)優(yōu)先級(jí)混合分配策略均優(yōu)于上述三種分配策略。
　　 本文為了使容錯(cuò)硬實(shí)時(shí)任務(wù)模型更具典型性，所進(jìn)行的可調(diào)度性分析結(jié)果能夠適用于各種容錯(cuò)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，特別是實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)和分布式系統(tǒng)中，解除了以往容錯(cuò)硬實(shí)時(shí)任務(wù)的可調(diào)度性分析中對(duì)任務(wù)截止期限不能大于對(duì)應(yīng)周期的限制。當(dāng)截止期限任意值時(shí)，任務(wù)在完成第一次激活之前，可能會(huì)被第二次激活。這就意味著任務(wù)的第二次激活不僅僅會(huì)被高優(yōu)先級(jí)任務(wù)搶占，而且也會(huì)被第一次激活打斷

6、執(zhí)行。因此，通過(guò)分析任務(wù)的一系列激活的響應(yīng)時(shí)間來(lái)分析這種任務(wù)模型在容錯(cuò)優(yōu)先級(jí)繼承策略和容錯(cuò)優(yōu)先級(jí)提高策略下的任務(wù)可調(diào)度性。經(jīng)研究分析和實(shí)例驗(yàn)證，采取容錯(cuò)優(yōu)先級(jí)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(cuò)優(yōu)先級(jí)提高策略，設(shè)計(jì)了基于截止期限任意值的容錯(cuò)硬實(shí)時(shí)任務(wù)模型的容錯(cuò)優(yōu)先級(jí)分配搜索算法?，F(xiàn)有的靜態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法都假定系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)個(gè)數(shù)無(wú)限多，而實(shí)際上底層系統(tǒng)支持的優(yōu)先級(jí)個(gè)數(shù)是有限的。通過(guò)對(duì)優(yōu)先級(jí)有限時(shí)的容錯(cuò)硬實(shí)時(shí)任務(wù)進(jìn)行可調(diào)度性分析

7、，提出了一種合適的解決方案來(lái)提高任務(wù)的可調(diào)度能力。這個(gè)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(jí)上來(lái)恢復(fù)故障，這樣能更好地挪用高系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)上的空閑時(shí)間。為了比較在不同容錯(cuò)優(yōu)先級(jí)分配策略下優(yōu)先級(jí)有限時(shí)容錯(cuò)硬實(shí)時(shí)任務(wù)的可調(diào)度性，引入了“相對(duì)可調(diào)度飽和度”的概念來(lái)作為評(píng)價(jià)所討論的優(yōu)先級(jí)有限時(shí)容錯(cuò)硬實(shí)時(shí)任務(wù)可調(diào)度性的指標(biāo)。經(jīng)過(guò)研究分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，與容錯(cuò)優(yōu)先級(jí)繼承策略相比，允許容錯(cuò)優(yōu)先級(jí)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