容錯實時系統(tǒng)可調(diào)度性分析研究.pdf

1、實時系統(tǒng)在工業(yè)、商業(yè)和軍事領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，這類系統(tǒng)對響應(yīng)時間具有嚴格的要求，尤其是強實時系統(tǒng)，如果不能滿足響應(yīng)時限，將可能導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。因此在實時系統(tǒng)設(shè)計過程中必須提供相應(yīng)的手段來保證整個系統(tǒng)運行的實時性?？烧{(diào)度性分析是一種驗證計算機系統(tǒng)是否滿足實時性要求的方法，廣泛應(yīng)用于實時系統(tǒng)的開發(fā)過程。但是隨著應(yīng)用需求的不斷提高，實時系統(tǒng)的設(shè)計也變得越來越復(fù)雜，尤其是實時操作系統(tǒng)、容錯技術(shù)以及分布式計算技術(shù)在實時系統(tǒng)中的大量應(yīng)用，現(xiàn)有的

2、分析方法已無法滿足復(fù)雜的應(yīng)用需求。本文以實時控制系統(tǒng)的開發(fā)為背景，研究了在采用符合OSEK/VDX標準的實時操作系統(tǒng)，主/副版本任務(wù)錯誤機制，以及在分布式系統(tǒng)環(huán)境下，進行系統(tǒng)可調(diào)度性分析的方法。本文的工作主要集中在以下四個方面： 1.混合搶占和分組搶占調(diào)度下的系統(tǒng)可調(diào)度性分析研究。混合搶占和分組搶占調(diào)度是OSEK/VDX操作系統(tǒng)規(guī)范推薦的兩種實時調(diào)度策略，目前并未見到針對這兩種調(diào)度策略的可調(diào)度性分析研究。本文分別針對這兩種調(diào)度策

3、略提出了計算任務(wù)最大響應(yīng)時間的方法，通過對任務(wù)最大響應(yīng)時間和截止時間的比較判定系統(tǒng)的可調(diào)度性。為了分析容錯機制對系統(tǒng)可調(diào)度性的影響，將主/副版本容錯機制分別與混合搶占調(diào)度和分組搶占調(diào)度相結(jié)合，提出了容錯機制下任務(wù)最大響應(yīng)時間的計算方法，并在此算法基礎(chǔ)上給出了系統(tǒng)可承受最小錯誤間隔的算法。 2.搶占門限調(diào)度下的系統(tǒng)可調(diào)度性分析研究。搶占門限調(diào)度比混合搶占和分組搶占具有更強的靈活性和通用型。但是目前針對這種調(diào)度策略的可調(diào)度性分析只考

4、慮了系統(tǒng)正常運行的情況，并未考慮容錯機制的影響。為此本文對這種調(diào)度策略進行了可調(diào)度性分析的容錯擴展研究，提出了主/副版本容錯機制下的任務(wù)最大響應(yīng)時間計算方法。為了獲得最優(yōu)的系統(tǒng)容錯性能，還提出了優(yōu)化遍歷算法和啟發(fā)式算法來計算系統(tǒng)搶占門限優(yōu)先級分配的最優(yōu)策略。 3.分布式實時系統(tǒng)的可調(diào)度性分析研究?，F(xiàn)有的針對分布式實時系統(tǒng)的可調(diào)度性分析方法無法在滿足分析精確性的同時保證較高的計算性能，在實際應(yīng)用中無法滿足復(fù)雜實時系統(tǒng)設(shè)計對可調(diào)度性

5、分析的性能要求。為解決這一問題，本文針對事務(wù)周期不大于其截止時間的情況，提出了線性分布式系統(tǒng)事務(wù)端到端最大響應(yīng)時間和最小響應(yīng)時間的計算方法。該方法充分考慮了任務(wù)和消息的本地、全局依賴關(guān)系以及釋放抖動的影響，可以獲得精確的分析結(jié)果。通過關(guān)鍵時刻分析和規(guī)范形式轉(zhuǎn)換，降低了算法的計算復(fù)雜度。實驗表明，本文提出的分布式系統(tǒng)可調(diào)度性分析算法在保證分析精確性的同時，對于高CPU利用率和大任務(wù)量的情況都具有優(yōu)越的計算性能，可滿足復(fù)雜分布式系統(tǒng)的可調(diào)度

6、性分析要求。另外，通過對事務(wù)運行最壞和最優(yōu)兩種邊界情況的分析可以精確地預(yù)測事務(wù)的最大響應(yīng)抖動。 4.可調(diào)度性分析在實際產(chǎn)品開發(fā)中的工程應(yīng)用方法研究?；诔橄罄碚撃Ｐ偷难芯颗c工程實踐之間往往存在著較大差別，尤其是實際采用的操作系統(tǒng)本身的運行開銷會影響分析結(jié)果的準確性。本文以SmartOSEK操作系統(tǒng)為例，研究了OSEK操作系統(tǒng)運行開銷對任務(wù)響應(yīng)時間的影響，提出了在實際運行環(huán)境中根據(jù)操作系統(tǒng)的運行開銷提高任務(wù)最大響應(yīng)時間計算精度的方