Методы оценки времени отклика задач в двухядерных системах реального времени

• Автор: Гуцалов, Никита Валерьевич
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 150 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ВРЕМЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

1.1. Системы реального времени

1.2. Двухъядерные системы реального времени

1.3. Методы оценки времени отклика задач РВ

1.3.1. Формальная модель системы

1.3.2. ГРАНИЧНАЯ плотность загрузки

1.3.3. Базовый метод вычисления времени отклика.

1.3.4. Вычисление времени отклика задач, использующих разделяемые ресурсы

1.3.5. Спорадикопериодические задачи.

1.3.6. Задержка регистрации задачи в системе
1.3.7. Вычисление време 1и отклика задач с произвольными сроками выполнения
1.3.8. Влияние издержек планирования ОСРВ на время отклика задач
1.3.9. Вычисление времени отклика задач с фазовыми сдвигами
1.4. Экспериментальная оценка временных параметров СРВ
1.4.1. Оценка временных параметров ОСРВ
1.4.2. Оценка временных параметров приложения РВ
1.5. Выводы по первой главе
ГЛАВА 2. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ПРИЛОЖЕНИЯ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ. УПРАВЛЯЕМОГО ДВУХЪЯДЕРНОЙ ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМОЙ
2.1. Структура анализируемого приложения
2.2. Определение временных параметров вычислителиюй модели
2.2.1. Период задачи
2.2.2. Задержка регистрации задачи
2.2.3. Смещение задачи
2.2.4. Назначение временных параметров произвольной задаче
2.2.5. Временные параметры вычислительной модели, характеризующие влияние ОС
2.2.6. Разделяемые ресурсы
2.3. Назначение параметров планирования объектам системы
2.4. Вычисление времшш отклика задачи
2.5. Выводы по второй главе
ГЛАВА 3. ВЫЧИСЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ ОТКЛИКА СОСТАВНЫХ ЗАДАЧ
3.1. Профиль транзакции
3.1.1. Внутренняя структура задачи
3.1.2. Понятие профиля транзакции
3.1.3. Алгоритм формирования лрофиля транзакции
3.1.4. Формирование профилей транзакций приложения, содержащего составные задачи
3.2. Вычисление времени отклика секции задачи
3.2.1. Вычислительная модель приложения
3.2.2. Сценарий критического момента
3.3. Применение метода имитационного моделирования для проведения анализа выполнимости приложения РВ
3.4. Выводы ПО ТРЕТЬЕЙ главе
ГЛАВА 4. МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ОПЕНКИ ПАРАМЕТРОВ РЕАКТИВНОСТИ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИПО
4.1. Периодическая техника измерения задержки обработки прерываний
4.1.1. Сцен арий измерительного эксперимента
4.1.2. Способы непосредственного использования результатов измерений
4.1.3. Метод уточнения фазы измерителы 1ых прерываний
4.1.4. Оценка максимальной задержки при неизвестной фазе измерительных ПРЕРЫВАНИЙ
4.1.5. Способ экспериментальной оценки минимальной задержки обработки
ПРЕРЫВАНИЙ
4.1.6. Продолжительность сеанса оценки максимальной задержки обработки прерываний
4.2. Спорадическая техника измерения задержки обработки прерываний
4.2.1. Основная идея метода спорадического измерения задержки обработки прерываний
4.2.2. Сценарий измерительного эксперимента
4.2.3. Оценка вероятности получения результатов с заданной точностью
4.2.4. Реализация измерительного эксперимента, использующего спорадическую технику
4.3. Сравнительный анализ методов измерения задержки обработки прерываний
4.4. Условия проведения измерительных экспериментов
4.5. Выводы ПО ЧЕТВЕРТОЙ главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Причем, кроме низкой вероятности наличия логических ошибок в алгоритмах программных компонентов, необходимо также обеспечить высокую вероятность своевременного формирования отклика системы на внешние события. В условиях, когда СРВ осуществляет управление такими объектами как, например, самолет или автомобиль, даже единичные случаи нарушения сроков выполнения задач могут привести к катастрофическим последствиям . Поэтому при построении современных СРВ применяется целый комплекс методов, позволяющих обеспечивать необходимый уровень надежности функционирования, что дает возможность использовать СРВ для управления различными техническими системами , . В отличие от ОСРВ, распределяющих ресурсы так, чтобы обеспечить своевременное выполнение прикладных задач, ОСОН производят планирование порядка выполнения задач так, чтобы обеспечить максимальную производительность системы , . Тем не менее, в некоторых ОСОН, например, в ОС ix , и в ОС i i , реализован механизм приоритетного планирования, ориентированный на приложения РВ. Однако результаты измерительных экспериментов показывают, что реализация механизмов планирования задач реального времени в таких ОС имеет ряд особенностей, ограничивающих их использование в качестве ОСРВ . В частности, для ОСОН ординарным архитектурным решением является использование невытесняемого ядра. При этом прикладная задача может выполняться либо в режиме пользователя, либо в режиме ядра например, при выполнении системного вызова, а в режиме ядра задача невытесняема. Операционные системы общего назначения также не осуществляют контроль над инверсией приоритетов при доступе прикладных задач к разделяемым ресурсам. Кроме того, показатели производительности и реактивности ОСОН не удовлетворяют жестким требованиям, предъявляемым к ОСРВ. Подсистемы ядер ОСОН могут запрещать обработку внешних прерываний для защиты своих критических секций. При работе с такими устройствами как жесткий диск или сетевая карта подобный подход приводит к задержкам начала обработки внешних событий до нескольких сотен микросекунд. Поэтому под управлением ОСОН могут выполняться только приложения реального времени со сроками не меньше десяти миллисекунд . В случае необходимости обеспечения корректности функционирования приложений реального времени с более жесткими сроками требуется модификация ОСОН . ОСОН . Такие операционные системы получили название операционные системы двойного назначения i , ОСДН. В последнее время все большее внимание разработчиков систем реального времени привлекают различные расширения ОС общего назначения ix с целью поддержки задач жесткого реального времени. Подобный подход имеет несколько значительных достоинств. Вопервых, ОС ix является свободцорасиространяемой, следовательно использование ОСРВ на базе ix не требует материальных затрат на лицензионные сборы, что существенно сказывается на стоимости конечных устройств. Вовторых, коды ix открыты для модификации, а следовательно система может быть адаптирована к конкретным нуждам. Втрстьих, такая система совмещает в себе свойства ОС общего назначения со свойствами ОСРВ, то есть на ряду с обеспечением временных ограничений операциошая система предоставляет достаточно широкий спектр библиотек и готовых приложений, которые можно использовать как в ходе разработки, так и в конечном устройстве. Вчетвертых, ОС ix полностью совместима со стандартом IX 7, что значительно повышает ее мобильность. В настоящее время существует несколько ОСРВ реализованных на базе ix. Это такие системы как ix, 1, ix, и т. Среди существующих разработок, целью которых являлась модификация ОСОН с целью поддержки задач РВ, можно выделить два подхода. Первый подход состоит в модификации ядра ОСОН таким способом, который позволяет обеспечить повышение реактивности задач, управляемых ядром ОСОН , , . Для этого производится усовершенствование методов защиты критических секций кода внутри ядра, модернизируется алгоритм планировщика задач и т. Суть второго подхода состоит в построении двухъядерной операционной системы, то есть снабжении ОСОН дополнительным ядром реального времени, которое управляет задачами, имеющими ограничения на сроки выполнения .