A Rapid Heuristic for Scheduling Non-Preemptive Dependent Periodic Tasks onto Multiprocessor

International audienceWe address distributed real-time applications represented by systems of non-preemptive dependent periodic tasks. This system is described by an acyclic directed graph. Because the distribution and the scheduling of these tasks onto a multiprocessor is an NP-hard problem we propose a greedy heuristic to solve it. Our heuristic sequences three algorithms: assignment, unrolling, and scheduling. The tasks of the same, or multiple, periods are assigned to the same processor according to a mixed sort. Then, the initial graph of tasks is unrolled, i.e. each task is repeated according to the ratio between its period and the least common multiple of all periods of tasks. Finally, the tasks of the unrolled graph are distributed and scheduled onto the processors where they have been assigned. Then, we give the complexity of this heuristic, and we illustrate it with an example. A performance analysis comparing our heuristic with an optimal Branch and Cut algorithm concludes that our heuristic is effective in terms of scheduling success ratio and speed

Schedulability Analysis for Certification-friendly Multicore Systems

This paper presents a new schedulability test for safety-critical software undergoing a transition from single-core to multicore systems - a challenge faced by multiple industries today. Our migration model, consisting of a schedulability test and execution model, is distinguished by three aspects consistent with reducing transition cost. First, it assumes externally-driven scheduling parameters, such as periods and deadlines, remain fixed (and thus known), whereas exact computation times are not. Second, it adopts a globally synchronized conflict-free I/O model that leads to a decoupling between cores, simplifying the schedulability analysis. Third, it employs global priority assignment across all tasks on each core, irrespective of application, where budget constraints on each application ensure isolation. These properties enable us to obtain a utilization bound that places an allowable limit on total task execution times. Evaluation results demonstrate the advantages of our scheduling model over competing resource partitioning approaches, such as Periodic Server and TDMA.Ope

Scheduling Based on Interruption Analysis and PSO for Strictly Periodic and Preemptive Partitions in Integrated Modular Avionics

Integrated modular avionics introduces the concept of partition and has been widely used in avionics industry. Partitions share the computing resources together. Partition scheduling plays a key role in guaranteeing correct execution of partitions. In this paper, a strictly periodic and preemptive partition scheduling strategy is investigated. First, we propose a partition scheduling model that allows a partition to be interrupted by other partitions, but minimizes the number of interruptions. The model not only retains the execution reliability of the simple partition sets that can be scheduled without interruptions, but also enhances the schedulability of the complex partition sets that can only be scheduled with some interruptions. Based on the model, we propose an optimization framework. First, an interruption analysis method to decide whether a partition set can be scheduled without interruptions is developed. Then, based on the analysis of the scheduling problem, we use the number of interruptions and the sum of execution time for all partitions in a major time frame as the optimization objective functions and use particle swarm optimization (PSO) to solve the optimization problem when the partition sets cannot be scheduled without interruptions. We improve the update strategy for the particles beyond the search space and round all particles before calculating the fitness value in PSO. Finally, the experiments with different partitions are conducted and the results validate the partition scheduling model and illustrate the effectiveness of the optimization framework. In addition, other optimization algorithms, such as genetic algorithm and neural networks, can also be used to solve the partition problem based on our model and solution framework

Analysis of Real-Time Capabilities of Dynamic Scheduled System

This PhD-thesis explores different real-time scheduling approaches to effectively utilize industrial real-time applications on multicore or manycore platforms. The proposed scheduling policy is named the Time-Triggered Constant Phase scheduler for handling periodic tasks, which determines time windows for each computation and communication in advance by using the dependent task model

Ordonnancement temps réel préemptif multiprocesseur avec prise en compte du coût du système d'exploitation

Dans cette thèse nous étudions le problème d'ordonnancement temps réel multiprocesseur préemptif avec prise en compte du coût exact du système d'exploitation. Ce coût est formé de deux parties : une partie facile à déterminer, correspondant au coût de l'ordonnanceur et une partie difficile à déterminer, correspondant au coût de la préemption. Cette difficulté est due au fait qu'une préemption peut en engendrer une autre, pouvant ainsi créer un phénomène d'avalanche. Dans un premier temps, nous avons étudié l'ordonnancement hors ligne multiprocesseur de tâches indépendantes avec prise en compte du coût exact de la préemption et proposé une analyse d'ordonnançabilité fondée sur une heuristique d'ordonnancement multiprocesseur. Cette heuristique utilise la stratégie d'ordonnancement multiprocesseur par partitionnement. Pour prendre en compte le coût exact de la préemption sur chaque processeur nous avons utilisé la condition d'ordonnançabilité proposée par Meumeu et Sorel. Cette condition d'ordonnançabilité pour des tâches à priorités fixes, est basée sur une opération binaire d'ordonnancement qui permet de compter le nombre exact de préemption et d'ajouter leur coût dans l'analyse d'ordonnançabilité des tâches. L'heuristique proposée permet de maximiser le facteur d'utilisation restant afin de répartir équitablement les tâches sur les processeurs et de réduire leur temps de réponse. Elle produit une table d'ordonnancement hors ligne. Dans un second temps, nous avons étudié l'ordonnancement hors ligne multiprocesseur de tâches dépendantes avec prise en compte du coût exact de la préemption. Puisque la condition d'ordonnançabilité utilisée pour ordonnancer les tâches indépendantes ne s'applique qu'à des tâches à priorités fixes, elle ne permet pas de gérer les inversions de priorités que peuvent entraîner les tâches dépendantes. Nous avons donc proposé une nouvelle condition d'ordonnançabilité pour des tâches à priorités dynamiques. Elle prend en compte le coût exact de la préemption et les dépendances sans aucune perte de données. Ensuite en utilisant toujours la stratégie d'ordonnancement par partitionnement, nous avons proposé pour des tâches dépendantes une heuristique d'ordonnancement multiprocesseur qui réutilise cette nouvelle condition d'ordonnançabilité au niveau de chaque processeur. Cette heuristique d'ordonnancement prend en compte les coûts de communication inter-processeurs. Elle permet aussi de minimiser sur chaque processeur le makespan (temps total d'exécution) des tâches. Cette heuristique produit pour chaque processeur une table d'ordonnancement hors ligne contenant les dates de début et de fin de chaque tâches et de chaque commmunication inter-processeur. En supposant que nous avons une architecture multiprocesseur de type dirigée par le temps (Time-Triggered) pour laquelle tous les processeurs ont une référence de temps unique, nous avons proposé pour chacun des processeurs un ordonnanceur en ligne qui utilise la table d'ordonnancement produite lors de l'ordonnancement hors ligne. Cet ordonnanceur en ligne a l'avantage d'avoir un coût constant qui de plus est facile à déterminer de manière exacte. En effet il correspond uniquement au temps de lecture dans la table d'ordonnancement pour obtenir la tâche sélectionnée lors de l'analyse d'ordonnançabilité hors ligne, alors que dans les ordonnanceurs classiques en ligne ce coût correspond à mettre à jour la liste des tâches qui sont dans l'état prêt à l'exécution puis à sélectionner une tâche selon un algorithme, par exemple RM, DM, EDF, etc. Il varie donc avec le nombre de tâches prêtes à s'exécuter qui change d'une invocation à l'autre de l'ordonnanceur. C'est ce coût qui est utilisé dans les analyses d'ordonnançabilités évoquées ci-dessus. Un autre avantage est qu'il n'est pas nécessaire de synchroniser l'accès aux mémoires de données partagées par plusieurs tâches, car cette synchronisation a été déjà effectuée lors de l'analyse d'ordonnançabilité hors ligne.In this thesis we studied the problem of multiprocessor preemptive real-time scheduling taking into account the exact cost of the operating system (OS). This cost is composed of two parts: a part easy to determine, corresponding to the scheduler cost and another part difficult to determine, corresponding to the preemption cost. This difficulty is due to the fact that a preemption can involve another one, being able to so create an avalanche phenomenon. First, we studied the off-line multiprocessor real-time scheduling of independent tasks taking into account the exact preemption cost. We proposed a schedulability analysis based on a multiprocessor scheduling heuristic. This heuristic uses the partitioned multiprocessor scheduling approach. In order to take into account the exact preemption cost on every processor we use the schedulability condition proposed by Meumeu and Sorel. This schedulability condition for fixed priorities tasks, is based on a binary scheduling operation which counts the exact number of preemptions and add their cost in the schedulability analysis. The proposed heuristic maximizes the remaining utilization factor to fairly distribute the tasks on processors and to reduce their response time. It produces an off-line scheduling table. Secondly, we studied the off-line multiprocessor real-time scheduling of dependent tasks taking into account the exact preemption cost. Because the schedulability condition used for scheduling independent tasks can be applied only to fixed priorities tasks, it does not allow to manage priorities inversions that are involved by dependent tasks. We proposed a new schedulability condition for dependent tasks which enables fixed and dynamic priorities. This schedulability condition takes into account the exact preemption cost and dependences between tasks without any loss of data. Always with the partitioned scheduling approach, we proposed for dependent tasks a multiprocessor scheduling heuristic which reuses, on every processor, the schedulability condition proposed previously. In addition, this scheduling heuristic takes into account the interprocessors communication costs. It also minimizes on every processor the makespan (total execution time of the tasks on all the processors). This heuristic produces for every processor an off-line scheduling table. Supposing that we have a time-triggered multiprocessor architecture such that all the processors have a unique time reference, we proposed for every processor an on-line scheduler which uses the scheduling table produced during the off-line schedulability analysis. This on-line scheduler has the advantage to have a constant cost that is easy to determine exactly.Indeed, this cost corresponds only to the time necessary to read in the scheduling table the task selected for execution. In the on-line classical scheduler, this cost corresponds to the time necessary to update the list of ready tasks in order to select a task, according to a given scheduling algorithm, for example RM, DM, EDF, etc. In this case, the cost for selecting a task varies with the number of ready tasks which changes from an invocation of the scheduler to another one. Another advantage of the proposed on-line scheduler is that it is not necessary to synchronize the access to the data shared by several tasks, because this synchronization was already done during the off-line schedulability analysis.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF