Lecture 04 - Real Time Model

Mô hình thời gian thực

Topics Khái niệm thời gian thực „ Lập lịch „ Thời gian „ Các phương pháp tính „

Vũ Quang Dũng

2

Sách tham khảo „

„ „

„

P. Marwedel: Embedded System Design (paperback), Springer Verlag, December 2005, ISBN: 0387292373. G.C. Buttazzo: Hard Real-Time Computing Systems. Kluwer Academic Publishers, 1997. W. Wolf: Computers as Components – Principles of Embedded System Design. Morgan Kaufman Publishers, 2000. J. Teich: Digitale Hardware/Software Systeme, Springer Verlag, 1997.

Khái niệm cơ bản „

„

Hệ hard RT: các tác vụ của hệ thống bắt buộc phải nằm trong khoảng deadline cho phép của hệ thống. Mọi hoạt động nằm ngoài deadline đó được coi là lỗi của hệ thống. (vượt quá WCET) Hệ soft RT: tác vụ có thể do một số nguyên nhân, được phép gia hạn thêm thời gian ngoài khoảng deadline của hệ thống, mà không gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường cũng như tính chính xác của hệ thống đó.

Lập lịch „

Cho tập hợp các tác vụ J = {J1, J2, …} … Lập

lịch là sự gán cho các tác vụ sự xử lý, mà mỗi tác vụ được thực thi hoàn toàn … Lập lịch có thể được xác định như một hàm số nguyên σ: R → N, trong đó σ(t) – tác vụ tại thời điểm thực thi t. Nếu σ(t) = 0 thì tiến trình được gọi là rỗi (idle) … Nếu σ(t) thay đổi giá trị của nó tại một thời điểm nào đó thì tiến trình được gọi là chuyển đổi ngữ cảnh (context switch)

Lập lịch (tiếp) … Đối

với mỗi khoảng mà σ(t) là hằng, thì tiến trình đó được gọi là phần thời gian (time slice) … Lập lịch ưu tiên là lập lịch mà các tác vụ đang hoạt động có thể bị ngắt tùy ý tại mọi thời điểm, và gán CPU cho tác vụ khác theo kế hoạch đã được lập trước đó

Lập lịch và thời gian „ „

„

„

Lập lịch có thể thực hiện được, nếu mọi tiến trình có thể kết thúc theo một sự bắt buộc cho trước Tập hợp các tiến trình có thể lập lịch được, nếu tại đó tồn tại ít nhất một giải thuật mà thủ tập lập lịch có thể thực hiện được Thời gian đến ai (arrival time) hay thời gian giải phóng (release time) ri là thời gian mà tại đó tiến trình sẵn sàng để thực thi Sự ước tính thời gian Ci (computation time) là thời gian cần thiết để CPU thực thi một tiến trình mà không xảy ra ngắt

Lập lịch và thời gian (tiếp) Deadline di là thời gian mà mỗi tiến trình phải hoàn thành „ Thời gian bắt đầu si (start time) là điểm bắt đầu thực thi của tiến trình „ Thời gian kết thúc fi (finishing time) là điểm kết thúc thực thi của tiến trình „

Lập lịch và thời gian

„ „

„ „

Sử dụng các định nghĩa trên, ta có di ≥ ri + Ci Sự trễ (lateness) Li = fi – di, là sự trễ về kết thúc của tiến trình so với deadline. Nếu tiến trình kết thúc trước deadline thì không có trễ Thời gian vượt trội (exceeding time) Ei = max(0, Li), là thời gian mà tiến trình sau deadline Tính lỏng lẻo thời gian (slack time) Xi = di – ai – Ci, là thời gian lớn nhất mà tiến trình có thể trễ để hoàn thành trong deadline

Deadline „

Deadline là khoảng thời gian mà một tiến trình cần để hoàn thành … Relative

deadline Di: là thời gian cho phép lớn nhất đối với một tiến trình … Absolute deadline di: là thời gian mà tiến trình bắt buộc phải hoàn thành

Job và task Job – là đơn vị công việc được lập lịch bởi hệ thống „ Task – là tập hợp các job có quan hệ tham gia vào hệ thống „

Lập lịch và thời gian „

Tác vụ tuần hoàn τi: sự nối tiếp liên tục của những hoạt động đồng nhất, gọi là jobs, mà được hoạt động theo quy tắc tại khoảng cố định với chu kỳ Ti. Thời gian hoạt động của job thứ nhất được gọi là pha Φi

Ví dụ

„ „ „ „ „ „

Computation time: C1=9, C2=12 Start time: s1=0, s2=6 Finishing time: f1=18, f2=28 Lateness: L1=-4, L2=1 Exceeding time: E1=0, E2=1 Slack time: X1=13, X2=11

Ép buộc quyền ưu tiên „

Ép buộc quyền ưu tiên trong graphs có thể được mô tả thông qua hướng không tuần hoàn graph G, mà tiến trình được thể hiện bằng các node và các quan hệ cao hơn bởi các mũi tên

„

Có thể có các giải thích khác nhau Mọi sự kế thừa của tiến trình được thực thi (thực thi song song) … Một kết thừa của tiến trình được thực thi (không có sự lựa chon mang tính quyết định) …

Ví dụ „

Thực thi song song … Hình

ảnh thu được acq1,

acq2 … Xử lý ảnh mức độ thấp edge1, edge2 … Tách hình shape … Đối tượng với kích thước H … Đối tượng nhận dạng rec

Phân loại thuật toán lập lịch „

„ „

„

Thuật toán lập lịch ưu tiên – tiến trình hoạt động có thể bị ngắt tại mọi thời điểm, và gán sự xử lý tới tiến trình khác, thông qua sự lập lịch cho trước Thuật toán lập lịch không ưu tiên – tiến trình, một khi đã được thực thi, thi sẽ thực thi cho đến khi kết thúc Thuật toán lập lịch tĩnh – sự quyết định của lập lịch được xây dựng trên những tham số cố định, được gán cho tiến trình trước khi thực thi Thuật toán lập lịch động – sự quyết định của lập lịch được xây dụng trên những tham số động, mà có thể thay đổi trong suốt quá trình thực thi

Phân loại thuật toán lập lịch

„ „

Một thuật toán được gọi là tối ưu nếu có thể tối giản được giá trị hàm được định nghĩa trong tiến trình Một thuật toán được gọi là tự tìm (heuristic algorithm) nếu nó nhắm tới sự hoàn thiện, nhưng không đảm bảo tìm ra sự lập lịch tối ưu

Các phép tính

Ví dụ

Ví dụ lập lịch „ „

(a) – sự trễ lớn nhất được tối giản, nhưng các tiến trình không nằm trong deadline (b) – sự trễ lớn nhất đã được tăng, nhưng chỉ một tiến trình không nằm trong deadline