[論文レビュー] Adaptive Scheduling in Real-Time Systems Through Period Adjustment

Shri Prakash Dwivedi|arXiv (Cornell University)|Dec 14, 2012

Real-Time Systems Scheduling参考文献 12被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、ソフトリアルタイムシステムにおける動的スケジューリングフレームワークとして、システムのアンダーロードを維持し、スケジューラビリティを保証するためにタスク周期を動的に調整する、Period_Adjustアルゴリズムを提案する。タスクの重要度と利用度の上限に基づいて周期を再構成することで、上限ありおよび上限なしの周期タスクをサポートし、既存の手法（例: Task_compress）に比べて過負荷状態下でも実行可能性と適応性に優れる。

ABSTRACT

Real time system technology traditionally developed for safety critical systems, has now been extended to support multimedia systems and virtual reality. A large number of real-time application, related to multimedia and adaptive control system, require more flexibility than classical real-time theory usually permits. This paper proposes an efficient adaptive scheduling framework in real-time systems based on period adjustment. Under this model periodic task can change their execution rates based on their importance value to keep the system underloaded. We propose Period_Adjust algorithm, which consider the tasks whose periods are bounded as well as the tasks whose periods are not bounded.

研究の動機と目的

• 静的保証が不切実な動的環境における従来のリアルタイムスケジューリングの限界を解消すること。
• 周期的タスクの実行レートを周期の変更によって調整することにより、ソフトリアルタイムシステムにおける滑らかな劣化を可能にすること。
• 上限ありおよび上限なしのタスク周期を両方サポートし、予測不能または緩いタイミング制約を有するシステムへの適用範囲を拡大すること。
• 重要度値と利用度制約に基づいてタスク周期を再構成することで、システムのアンダーロードを維持すること。
• マルチメディアおよび制御システムにおけるサービス品質の適応を可能にする、一般化可能な適応型スケジューリングフレームワークを提供すること。

提案手法

• Period_Adjustアルゴリズムは、タスク周期を動的に変更することで、合計利用度を1.0未満に低下させ、過負荷下でもスケジューラビリティを保証する。
• 重要度重み（w_i）を用いてタスクを優先順位付けし、混乱を最小限に抑えつつシステムのアンダーロードを維持するように周期を調整する。
• 上限なしの周期を有するタスクの場合、最小周期（T_min）を設定し、最大周期（T_max）まで延長可能とする。上限がない場合は無限に延長可能である。
• 利用度制約およびデッドライン制約を満たすような周期調整の妥当性を保証するための制約付き最適化問題を解く。
• EDFスケジューリングと統合され、実行時における動的タスクの到着および周期の変更をサポートする。
• タスクの破棄や計算量の削減を避ける代わりに、周期の延長によって実行頻度を低下させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 過負荷状態下でタスクの実行レートを動的に調整することで、タスクの破棄や計算量の削減なしにスケジューラビリティを維持する方法は何か？
• RQ2 上限ありおよび上限なしの周期制約を有するソフトリアルタイムシステムにおいて、効果的なタスク周期の適応方法は何か？
• RQ3 Task_compressなどの既存手法と比較して、周期調整は実行可能性およびシステムのアンダーロード維持の観点でどのように優れているか？
• RQ4 周期調整フレームワークは、変動する計算時間および動的タスクの到着をサポートしながら、サービス品質の適応を保証できるか？
• RQ5 重要度重みは、重要な機能を維持するために周期調整を誘導する上で果たす役割は何か？

主な発見

• Period_Adjustアルゴリズムは、合計利用度が1.37に達するタスク集合を正常にスケジューリングできたが、Task_compressアルゴリズムは実行不能であった。
• t=10秒で動的タスクが到着した状況において、Period_Adjustは既存タスクの周期を延長することで、すべてのタスクが実行可能であることを保証した。
• 上限なしの周期を有するタスク集合（例: τ₃ に上限なし）において、Period_Adjustは妥当な周期（T₁=150, T₂=250, T₃=355, T₄=150, T₅=200）を計算できたが、Task_compressは失敗した。
• 重要度値に基づく周期調整により、システムのアンダーロードが維持され、高優先度タスクがより高い実行頻度を保った。
• 動的周期変更の実験では、Period_Adjustは、タスク周期の急激な変化に対してもTask_compressを上回り、実行可能なスケジューリングシーケンスを維持した。
• 本フレームワークは、上限ありおよび上限なしの周期タスクを両方サポートしており、マルチメディアおよび制御システムなど多様なリアルタイム応用分野への適用が可能である。