[論文レビュー] Mode Change Protocol for Multi-Mode Real-Time Systems upon Identical Multiprocessors

Vincent Nélis, Joël Goossens|ArXiv.org|Sep 30, 2008

Real-Time Systems Scheduling参考文献 6被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、同一のマルチプロセッサ上で動作するマルチモードリアルタイムシステムに対して、同期的で周期的でないモード変更プロトコルを提案する。これは、ユニプロセッサ用の最小単一オフセットプロトコルの拡張である。旧モードのタスクがすべて終了した後に新モードのタスクが有効化されることを保証し、残りのジョブのマケスパンの上限に基づくスケジューラビリティ条件を用いることで、遷移中におけるデッドライン遵守を保証する。

ABSTRACT

In this paper, we propose a synchronous protocol without periodicity for scheduling multi-mode real-time systems upon identical multiprocessor platforms. Our proposal can be considered to be a multiprocessor extension of the uniprocessor protocol called "Minimal Single Offset protocol".

研究の動機と目的

• 旧モードと新モードのタスクが一時的に共存する可能性がある、同一のマルチプロセッサ上で動作するマルチモードリアルタイムシステムにおけるモード遷移のスケジューリングの課題に対処すること。
• 旧モードと新モードのタスクの実行が重複することによるオーバーロードを回避することで、モード変更中のシステムのスケジューラビリティを保証すること。
• 周期性の制約なしに、ユニプロセッサ用の最小単一オフセットプロトコルをマルチプロセッサ環境に拡張すること。
• 遷移中における残りのジョブの最悪ケースマケスパンに基づく、形式的なスケジューラビリティ条件を提供すること。
• 将来の非同期プロトコルや、残りジョブの最適化された優先順位割り当てに関する研究の基盤を築くこと。

提案手法

• モード、スパーサイトタスク、および複数のモード間で共有されるモード独立タスクを有するマルチモードリアルタイムシステムを定義する。
• すべての旧モードタスクが最後のインスタンスを完了した後にのみ新モードタスクが有効化される、同期的プロトコルを導入する。
• 遷移フェーズを、旧モードタスクの残りジョブ（rem-jobs）がm台の同一プロセッサ上でグローバルにスケジューリングされるクリティカルセクションとしてモデル化する。
• 予測可能性とデッドライン遵守を保証するため、グローバルで保守的かつ固定優先度のスケジューラを用いてrem-jobsをスケジューリングする。
• 補題1を用いて、rem-jobsのマケスパンの上限を導出する。その式は以下の通りである： $\operatorname{upms}(J,m) = \begin{cases} p_{\max} & \text{if } m \geq n \\ \frac{1}{m}\sum p_i + (1 - \frac{1}{m})p_{\max} & \text{otherwise} \end{cases}$
• rem-jobsのマケスパンが、任意の新モードタスクの最小有効化デッドラインを超えてはならないというスケジューラビリティ条件を確立する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 同一のマルチプロセッサ上で、遷移中のデッドライン遵守を保証する同期的モード変更プロトコルをどのように設計できるか？
• RQ2 モード遷移中におけるrem-jobsの最悪ケースマケスパンは何か？ そして、マルチプロセッサ環境においてその上限をどのように設定できるか？
• RQ3 提案されたプロトコルは、スケジューラビリティを損なわずに非同期的タスク有効化に対応できるか？
• RQ4 どの優先順位割り当て戦略が、遷移中におけるすべてのデッドラインを満たしつつ、rem-jobsのマケスパンを最小化できるか？
• RQ5 マルチプロセッサシステムにおけるスケジューリングの異常は、モード変更プロトコルの設計と正しさにどのように影響を与えるか？

主な発見

• 提案されたプロトコルにより、旧モードのすべてのrem-jobsが、新モードタスクが有効化される前に完了することが保証され、一時的な過負荷が防止される。
• rem-jobsのマケスパンの上限が導出され、その値はプロセッサ数、総処理時間、および最大ジョブ実行時間に依存する。
• スケジューラビリティ条件が形式的に確立された：rem-jobsのマケスパンは、任意の新モードタスクの最小有効化デッドライン以下でなければならない。
• 補題1は、ジョブ数を増やすと最悪ケースマケスパンが増加することを示しており、すべてのrem-jobsが同時にリリースされる場合が最悪ケースであることを確認する。
• 補題2は、ジョブの実行時間が増加すると最悪ケースマケスパンが増加することを確認しており、解析において最悪実行時間を使用する必要性を強化する。
• 旧モードスケジューラが予測可能であるという仮定の下で、プロトコルは有効であり、遷移フェーズ中においてすべてのデッドラインが満たされることを保証する。