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文檔簡介
1、具有容錯能力的硬實時系統(tǒng)要求在系統(tǒng)發(fā)生局部故障情況下所有任務(wù)仍然能在截止期限之前正確完成,否則會導(dǎo)致災(zāi)難性的后果,被廣泛地應(yīng)用到航天、軍事等關(guān)鍵領(lǐng)域。硬實時容錯調(diào)度算法通過軟件方法構(gòu)造任務(wù)調(diào)度秩序并從理論上證明該秩序的實時性和可靠性,屬于實時系統(tǒng)的重要研究領(lǐng)域。硬實時系統(tǒng)種類繁多,新的應(yīng)用需求層出不窮,對原有的硬實時容錯調(diào)度理論提出了新的挑戰(zhàn)。因此,需要對現(xiàn)有的硬實時容錯調(diào)度算法進行擴充以適應(yīng)新的需求。
主/副版本技術(shù)是分
2、布式硬實時系統(tǒng)中重要的容錯機制。在該機制中,每個任務(wù)的主副版本分別分配到不同的處理機上。FTRMFF(Fault-Tolerant Rate-Monotonic First-Fit)算法利用主/副版本技術(shù)作為容錯手段,通過首次適應(yīng)方式按照RMS(Rate-Monotonic Scheduling)優(yōu)先級依次將任務(wù)分配到能同時滿足實時性和可靠性的處理機上,是一種經(jīng)典的分布式容錯調(diào)度算法。然而,以首次適應(yīng)方式來分配處理機很難充分挖掘處理機的
3、負載能力。針對這種情況,首先定義空閑因子來量化處理機中空閑資源。然后提出緊湊因子的概念來反映分配到同一個處理機上的任務(wù)之間的相容程度。最后提出的基于緊湊因子的啟發(fā)式硬實時容錯調(diào)度算法在為任務(wù)分配處理機時遵循緊湊因子最大化的原則。該算法能增加周期任務(wù)間的相容性,從而提高分布式系統(tǒng)的調(diào)度性能。
副版本根據(jù)觸發(fā)時間可分為主動副版本和被動副版本。主動副版本與其主版本同時觸發(fā),而被動副本則在其主版本失效后才觸發(fā),其距離截止期限的時間
4、間隔相對變小。FTRMFF算法的副版本優(yōu)先級繼承策略不利于被動副版本對處理器空閑資源的充分利用。針對這種情況,以最壞響應(yīng)時間分析為基礎(chǔ),提出基于被動副版本優(yōu)先級提高策略的硬實時容錯調(diào)度算法。該算法挪用高優(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)計了優(yōu)先級提高因子搜索算法。經(jīng)過研究分析,適當(dāng)提高被動副版本的優(yōu)先級能增加被動副版本的可調(diào)度性,從而提高處理機利用率。
5、> 副版本優(yōu)先級提高策略實質(zhì)上是考慮到被動副版本執(zhí)行的緊迫程度較高而提出來的。類似情況也會出現(xiàn)在處理機發(fā)生故障之后。具體來說,發(fā)生故障時刻所在的周期內(nèi)的實例相對于后續(xù)的實例的執(zhí)行窗口更小,緊迫程度更高。為實現(xiàn)緊迫實例滿足截止期限的目標(biāo),提出啟發(fā)式非緊迫周期延遲策略。該策略盡可能推遲非緊迫實例的執(zhí)行從而合理挪動空閑資源使得低優(yōu)先級實例有更多的機會完成其緊迫周期內(nèi)的執(zhí)行。另外,具體給出了任務(wù)在緊迫周期的最壞響應(yīng)時間和非緊迫周期內(nèi)的最大
6、可延遲時間的精確計算方法。
對于單處理機硬實時系統(tǒng),在設(shè)計節(jié)能容錯調(diào)度算法時需要考慮動態(tài)電壓調(diào)整技術(shù)對瞬時錯誤發(fā)生概率的負面影響。將處理器空閑資源全部用于降低工作電壓不僅造成替代任務(wù)無充裕時間進行容錯,而且替代任務(wù)執(zhí)行本身會增加系統(tǒng)能耗開銷。為解決這些負面影響,通過定量分析電壓/頻率與錯誤概率的關(guān)系以期望功耗最小化為目標(biāo)提出任務(wù)最優(yōu)頻率的概念。然后,根據(jù)任務(wù)在最優(yōu)頻率下的節(jié)能效率定義能耗優(yōu)先級,并提出啟發(fā)式節(jié)能容錯調(diào)度算法
7、。該算法將處理器空閑時間優(yōu)先分配給能耗優(yōu)先級高的任務(wù),從而最大限度地將空閑資源轉(zhuǎn)化為能耗下降。
與單處理機系統(tǒng)相比,動態(tài)電壓調(diào)整技術(shù)對多處理機系統(tǒng)的影響更加復(fù)雜。低功耗技術(shù)會延長主版本的最壞響應(yīng)時間進而破壞副版本的類型,可能造成副版本由主動方式轉(zhuǎn)為被動方式。增加的容錯冗余不僅增加硬件代價而且產(chǎn)生更多的能耗。針對這種復(fù)雜情況,首先對容錯和節(jié)能在消耗處理器時間方面進行定量分析。在此基礎(chǔ)上,將FTRMFF算法中的容錯完成時間測試
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