[论文解读] 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 7

一句话总结

本文提出了一种适用于同构多处理器实时系统的同步非周期性模式切换协议，扩展了单处理器环境下的最小单偏移协议。该协议确保所有旧模式任务在新模式任务启用前完成执行，其可调度性条件基于剩余作业的完成时间上限，从而在模式切换期间保证截止时间的遵守。

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".

研究动机与目标

• 解决在同构多处理器上多模式实时系统中的模式切换调度挑战，其中旧模式和新模式任务可能短暂共存。
• 通过防止因任务执行重叠导致的过载，确保模式切换期间的系统可调度性。
• 将单处理器环境下的最小单偏移协议扩展至无周期性约束的多处理器环境。
• 基于切换期间剩余作业的最坏情况完成时间，提供一个正式的可调度性条件。
• 为未来研究异步协议及剩余作业的优化优先级分配奠定基础。

提出的方法

• 定义一个多模式实时系统，包含模式、突发性任务以及跨模式共享的模式无关任务。
• 引入一种同步协议，要求所有旧模式任务必须在其最后一个实例完成后，新模式任务才能被启用。
• 将切换阶段建模为临界区，其中旧模式任务的剩余作业（rem-jobs）在 m 个同构处理器上全局调度。
• 使用全局、保守的固定优先级调度器来调度 rem-jobs，以确保可预测性并满足截止时间要求。
• 利用引理1推导 rem-jobs 完成时间的上界，表达式为：$\operatorname{upms}(J,m) = \begin{cases} p_{\max} & \text{if } m \geq n \\ \frac{1}{m}\sum p_i + (1 - \frac{1}{m})p_{\max} & \text{otherwise} \end{cases}$
• 建立可调度性条件，要求 rem-jobs 的完成时间不得超过任何新模式任务的最小启用截止时间。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何为同构多处理器设计一种同步模式切换协议，以确保切换期间的截止时间合规性？
• RQ2 在模式切换期间，rem-jobs 的最坏情况完成时间是多少？如何在多处理器环境下对其进行上界约束？
• RQ3 所提出的协议能否扩展以处理异步任务启用，同时不损害可调度性？
• RQ4 何种优先级分配策略可使 rem-jobs 的完成时间最小化，同时在切换期间满足所有截止时间？
• RQ5 多处理器系统中的调度异常如何影响模式切换协议的设计与正确性？

主要发现

• 所提出的协议确保所有来自旧模式的 rem-jobs 在任何新模式任务启用前完成，从而防止瞬时过载。
• 推导出 rem-jobs 完成时间的上界，其取决于处理器数量、总处理时间以及最大作业执行时间。
• 正式建立了可调度性条件：rem-jobs 的完成时间必须小于或等于任何新模式任务的最小启用截止时间。
• 推论1表明，向集合中增加更多作业会提高最坏情况完成时间，证实最坏情况发生在所有 rem-jobs 同时释放时。
• 推论2确认，增加任一作业的执行时间都会提高最坏情况完成时间，进一步强调在分析中必须使用最坏情况执行时间。
• 在旧模式调度器具有可预测性的假设下，该协议有效，从而确保切换阶段所有截止时间均被满足。