Phân tích xấp xỉ khả năng lập lịch của hệ thời gian thực trong trường hợp độ ưu tiên cố định với kỳ hạn không ràng buộc và độ trễ phát hành Phạm Đức Mạnh Trường Đại học Công ngh. Đại học Quốc gia Hà Nội Luận văn ThS. Công nghệ thông tin: 60 48 10 Người hướng dẫn : TS. Nguyễn Thị Huyền Châu Năm bảo vệ: 2013 48 tr . Abstract. Hệ thống hóa cơ sở lý thuyết của đề tài. Đề cập đến mô hình nhiệm vụ hệ thời gian thực. Mô tả các phương pháp kiểm định chính xác cho hệ có độ ưu tiên cố định. Trong mỗi phương pháp, đều đưa ra ý tưởng, thuật toán và ví dụ minh họa cụ thể. Đưa ra phương pháp phân tích khả năng lập lịch của hệ thời gian thực có độ ưu tiên cố định với kỳ hạn không ràng buộc và độ trễ phát hành sử dụng biểu đồ xấp xỉ. Đề xuất 1 hàm RBF xấp xỉ để cải thiện chất lượng thuật toán. Giới thiệu 1 ví dụ minh họa cũng như phân tích tính đúng đắn của phương pháp mà luận văn đề xuất. Trình bày các kết quả thực nghiệm để đánh giá hiệu quả của biểu đồ xấp xỉ so với các phương pháp kiểm định đã được biết đến khác. Tóm tắt những kết quả đạt được cũng như hướng phát triển trong tương lại Keywords. Công nghệ thông tin; Công nghệ phần mềm; Lập lịch hệ thời gian thực Content. 1.1. Bối cảnh nghiên cứu Trong những năm gần đây, các hệ thống thời gian thực đóng vai trò ngày càng quan trọng trong nhiều lĩnh vực ứng dụng. Hệ thống thời gian thực đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất tự động, robot, điều khiển lưu thông, điều khiển các thí nghiệm tự động, truyền thông, điều khiển trong quân sự … Với những hệ thống này, lượng công việc cần thực hiện có thể không được dự báo chính xác, các nhiệm vụ có thể sinh ra thêm trong thời gian chạy. Do đó mà hệ thống cần có khả năng giải quyết những tình huống quá tải tạm thời. Điều này được thực hiện thông qua một bộ điều khiển gia nhập có khả năng quyết định chấp nhận hay từ chối một nhiệm vụ nào đó nhằm điều tiết lượng công việc dựa trên các tính toán về khả năng lập lịch. Những tính toán này đòi hỏi phải đủ nhanh do chúng được thực hiện thường xuyên trong suốt thời gian tồn tại của hệ thống. Tồn tại 2 phương pháp phân tích chính xác khả năng lập lịch của một hệ thống thời gian thực với độ ưu tiên cố định là Response Time Analysis (RTA - [4, 6]) và Processor Demand Analysis (PDA - [5, 6]). Mặc dù có độ phức tạp giả đa thức nhưng cả 2 phương pháp này đều được cài đặt rất hiệu quả trong thực tế. Tuy nhiên, với những hệ mà các nhiệm vụ được sản sinh động, các test kiểm định được gọi liên tiếp với số lượng lớn, một thuật toán với độ phức tạp giả đa thức trở nên quá chậm. Thay vào đó, chúng ta hướng đến một thuật toán có độ phức tạp đa thức. Một trong số đó là phướng pháp biểu đồ xấp xỉ mà luận văn sử dụng. Việc sử dụng phương pháp xấp xỉ để phân tích tính khả thi của hệ đã được trình bày trong [2] cho trường hợp các nhiệm vụ có độ ưu tiên cố định với kỳ hạn ràng buộc và được mở rộng cho hệ với kỳ hạn không ràng buộc trong [3]. Những kiểm định xấp xỉ này chạy trong thời gian đa thức và được điều khiển bởi một tham số chính xác . Trong [10] đã đưa ra một phương pháp kiểm định xấp xỉ dựa trên khái niệm cận trên thời gian phản ứng cho hệ có độ ưu tiên cố định với kỳ hạn ràng buộc và độ trễ phát hành (release jitters) và sau đó được chuẩn hóa và mở rộng trong [12, 13]. Tiếp đó, [14] đã trình bày và sửa chữa các vấn đề kỹ thuật trong [3], đồng thời đề xuất một thuật toán xấp xỉ cải thiện cho hệ với kỳ hạn không ràng buộc. Nó cũng được mở rộng để tính toán cận trên thời gian phản ứng trong [11]. Như vậy, hiện chưa có phương pháp kiểm định xấp xỉ nào cho hệ có độ ưu tiên cố định với kỳ hạn không ràng buộc và độ trễ phát hành. Do đó, luận văn nghiên cứu đề xuất một thuật toán kiểm định xấp xỉ cho hệ này, với mức độ xấp xỉ được tham số hóa, cho phép chúng ta “co dãn” thuật toán để cân bằng giữa độ chính xác và độ phức tạp của thuật toán. 1.2. Mục tiêu nghiên cứu Trong đề tài này, tôi sử dụng phương pháp biểu đồ xấp xỉ để kiểm định khả năng lập lịch của hệ thời gian thực trong trường hợp độ ưu tiên cố định với kỳ hạn không ràng buộc và độ trễ phát hành. Thuật toán có độ phức tạp đa thức, cung cấp một kết quả “xấp xỉ” về khả năng lập lịch của các nhiệm vụ trong hệ thống. Thêm vào đó, luận văn cũng đưa ra hàm RBF xấp xỉ thay thế để cải thiện thuật toán xấp xỉ đã được trình bày trong [14]. Cuối cùng, luận văn trình bày các kết quả thực nghiệm để đánh giá hiệu quả của biểu đồ xấp xỉ so với những phương pháp kiểm định đã được biết đến khác. 1.3. Cấu trúc luận văn Trong các phần tiếp theo của luận văn, tôi sẽ trình bày những nội dung sau: Chương 2 trình bày về cơ sở lý thuyết của đề tài. Chương này đề cập đến mô hình nhiệm vụ hệ thời gian thực. Tiếp đến, tôi mô tả các phương pháp kiểm định chính xác cho hệ có độ ưu tiên cố định. Trong mỗi phương pháp, luận văn đều đưa ra ý tưởng, thuật toán và ví dụ minh họa cụ thể. Chương 3 đưa ra phương pháp phân tích khả năng lập lịch của hệ thời gian thực có độ ưu tiên cố định với kỳ hạn không ràng buộc và độ trễ phát hành sử dụng biểu đồ xấp xỉ. Trong chương này, luận văn sẽ đề xuất 1 hàm RBF xấp xỉ để cải thiện chất lượng thuật toán. Phần cuối chương, tôi sẽ trình bày 1 ví dụ minh họa cũng như phân tích tính đúng đắn của phương pháp mà luận văn đề xuất. Chương 4 trình bày các kết quả thực nghiệm để đánh giá hiệu quả của biểu đồ xấp xỉ so với các phương pháp kiểm định đã được biết đến khác. Chương 5 tóm tắt những kết quả đạt được cũng như hướng phát triển trong tương lại. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bini, E., Buttazzo, G. (2005), “Measuring the performance of schedulability tests”, Journal of Real-Time Systems 30(1-2), pp. 129–154. 2. Fisher, N., Baruah, S. (2005), “A polynomial-time approximation scheme for feasibility analysis in static-priority systems with bounded relative deadlines”, Proc. Int. Conf. on Real-Time and Network Systems (RTNS’05), pp. 233–249. 3. Fisher, N., Baruah, S. (2005), “A fully polynomial-time approximation scheme for feasibility analysis in static-priority systems with arbitrary relative deadlines”, Proc. Euromicro Int. Conf. on Real-Time Systems (ECRTS’05), pp. 117–126. 4. Joseph,M., Pandya, P (1986), “Finding response times in a realtime systems”, The Computer Journal 29(5), pp. 390–395. 5. Lehoczky, J., Sha, L., Ding, Y. (1989), “The rate monotonic scheduling algorithm: exact characteri-zation and average case behavior”, Proc. IEEE Int. Real-Time System Symposium (RTSS’89), pp. 166–171. 6. Lehoczky, J. (1990), “Fixed priority scheduling of periodic tasks with arbitrary deadlines”, Proc. IEEE Int. Real-Time System Symposium (RTSS’90), pp. 201– 209. 7. Leung, J., and Whitehead, J. (1982), “On the complexity of fixed-priority scheduling of periodic, real-time tasks”, Performance Evaluation 2, pp. 237- 250. 8. Liu, C. L. and Layland J. W. (1973), "Scheduling AIgorithms for Multiprogramming in a Hard Real Time Environment", Journal of the ACM 20 (1), pp. 46 - 61. 9. R.I.Davis, A.Burns (2008), “Response time upper bounds for fixed priority real- time system”, Proc. IEEE Int. Symposium on Real-Time Systems (RTSS’08). 10. Richard, P., Goossens, J. (2006), “Approximating response times for static- priority tasks with release jitters”, WIP, Euromicro Int. Conf. on Real-Time Systems (ECRTS’06). 11. Richard, P., Kemayo, G., Ridouard, F., Grolleau, E., Nguyen, T.H.C. (2012), “Response time bounds for static-priority tasks and arbitrary relative deadlines with resource augmentation”, ETFA 2012, pp. 1–8. 12. T.H.C.Nguyen, P.Richard, E.Bini (2008), “Improved approximate response time bounds for static-priority tasks”, Proc. Int. Conf. on Real-Time and Network Systems (RTNS’08). 13. T.H.C.Nguyen, P.Richard, E.Bini (2009), “Approximation techniques for response-time analysis of static-priority tasks”, Journal of Real-Time Systems (RTSJ’09) 43(2), pp. 147 – 176. 14. T.H.C.Nguyen, P.Richard, N.Fisher (2010), “The fully polynomial-time approximation scheme for feasibility analysis in static-priority systems with arbitrary relative deadlines revisited”, Proc. Int. Conf. on Real-Time and Network Systems (RTNS’10), pp. 21-30. . Phân tích xấp xỉ khả năng lập lịch của hệ thời gian thực trong trường hợp độ ưu tiên cố định với kỳ hạn không ràng buộc và độ trễ phát hành Phạm Đức Mạnh Trường Đại học. pháp phân tích khả năng lập lịch của hệ thời gian thực có độ ưu tiên cố định với kỳ hạn không ràng buộc và độ trễ phát hành sử dụng biểu đồ xấp xỉ. Đề xuất 1 hàm RBF xấp xỉ để cải thiện chất. kiểm định xấp xỉ nào cho hệ có độ ưu tiên cố định với kỳ hạn không ràng buộc và độ trễ phát hành. Do đó, luận văn nghiên cứu đề xuất một thuật toán kiểm định xấp xỉ cho hệ này, với mức độ xấp xỉ