Scheduling in Echtzeitbetriebssystemen Prof. Dr. Margarita Esponda - PowerPoint PPT Presentation

Scheduling in Echtzeitbetriebssystemen Prof. Dr. Margarita Esponda Freie Universität Berlin

Echtzeitsysteme Korrekte Ergebnisse zum richtigen Zeitpunkt Hart Eine verspätete Antwort ist eine falsche Antwort Echtzeitsysteme Weich Eine verspätete Antwort bedeutet schlechte Qualität M. Esponda-Argüero

Scheduler In Echtzeitbetriebssystemen wird sehr oft der Begriff Task verwendet. Task = Ausführung eines Programms oder Teile eines Programms Task = Prozess M. Esponda-Argüero

Scheduling in Echtzeitbetriebssystemen Algorithmen off-line on-line dynamische Prioritäten statische Prioritäten DMS EDF LLF RMS L east E arliest D eadline R ate L axity M onotonic D eadline M onotonic F irst S cheduling S cheduling F irst M. Esponda-Argüero

Scheduling-Algorithmen Vereinfachung: Die Prozesse sind voneinander unabhängig Die Prozesse sind alle unterbrechbar Notation: = Startpunkt, an dem der Prozess zur r = release Ausführung bereit ist. e = execution = Zeiteinheiten für die CPU. Schlimmste Ausführungszeit. = Zeiteinheiten bis zur nächsten d = deadline Zeitschranke. = Zeit bis zum nächsten Aufruf p = period desselben Prozesses. Prozess: T i = ( r i , e i , d i , p i ) Beispiel: T 1 = ( 1, 3, 7, 10 ) M. Esponda-Argüero

Notation Prozess: T i = ( r i , e i , d i , p i ) Beispiel: T 1 = ( 1, 3, 7, 10 ) d =7 e =3 T 1 Zeit 8 11 1 r =1 p =10 M. Esponda-Argüero

Beispiel: drei Prozesse (Tasks) Prozesse 3 CPUs T 3 T 2 T 1 0 5 10 15 20 Start CPU Deadline Periode T 1 = ( 0, 1, 3, 3 ) T 2 = ( 0, 1, 4, 4 ) T 3 = ( 0, 2, 5, 5 ) M. Esponda-Argüero

RMS Rate Monotonic Scheduling Feste Prioritäten Die Prioritäten werden umgekehrt proportional zur Periode vergeben Deadline = Periode r e d p Beispiel: T 1 = ( 0, 2, 5, 5 ) T 2 = ( 0, 3, 10, 10 ) T 3 = ( 0, 4, 20, 20 ) M. Esponda-Argüero

Beispiel: RMS r e d p Anim T 1 = ( 0, 2, 5, 5 ) T 2 = ( 0, 2, 7, 7 ) T 3 = ( 0, 3, 18, 18 ) 2 2 3 + = 86 % Auslastung der CPU + 5 7 18 Der RMS -Algorithmus ist der am besten untersuchte und der am häufigsten eingesetzte Algorithmus. M. Esponda-Argüero

DMS Deadline Monotonic Scheduling Feste Prioritäten Die Prioritäten der Prozesse sind umgekehrt proportional zur Länge der Deadlines. Deadline Periode r e d p Beispiel: T 1 = ( 0, 2, 3, 5 ) T 2 = ( 0, 3, 10, 10 ) T 3 = ( 0, 4, 8, 20 ) M. Esponda-Argüero

DMS Prozesse Deadline verletzt ! 3 6 T 3 2 5 T 2 1 4 T 1 0 5 10 15 20 T 1 = ( 0, 1, 3, 3 ) Mit DMS nicht lösbar T 2 = ( 0, 1, 4, 4 ) T 3 = ( 0, 2, 5, 5 ) M. Esponda-Argüero

DMS Prozesse 3 T 3 T 2 T 1 0 5 10 15 20 1 4 2 5 3 Deadline verletzt ! M. Esponda-Argüero

Beispiel: DMS Erfüllbarkeitstest Prüft, ob alle Deadlines eingehalten werden können. r e d p T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) e 1 /p 1 = 50 % CPU Auslastung e 2 /p 2 = 40 % CPU Auslastung 90% M. Esponda-Argüero

Beispiel: Keine Lösung mit DMS r e d p T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) CPU Auslastung 90% T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) Priorität ( T 1 ) > Priorität ( T 2 ) 0 25 50 75 100 125 150 M. Esponda-Argüero

Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) CPU Auslastung 90% T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) Priorität ( T 1 ) > Priorität ( T 2 ) d 1 d 2 d 1 d 2 0 25 50 75 100 125 150 M. Esponda-Argüero

Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) CPU Auslastung 90% T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) Priorität ( T 1 ) > Priorität ( T 2 ) d 1 d 2 d 1 d 2 0 25 50 75 100 125 150 M. Esponda-Argüero

Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) CPU Auslastung 90% T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) Priorität ( T 1 ) > Priorität ( T 2 ) d 1 d 2 d 1 d 2 0 25 50 75 100 125 150 M. Esponda-Argüero

Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) CPU Auslastung 90% T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) Priorität ( T 1 ) > Priorität ( T 2 ) d 1 d 2 d 1 d 2 0 25 50 75 100 125 150 T 2 verpasst die erste Deadline M. Esponda-Argüero

Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) CPU Auslastung 90% T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) Priorität ( T 1 ) < Priorität ( T 2 ) d 1 d 2 d 1 d 2 0 25 50 75 100 125 150 M. Esponda-Argüero

Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) CPU Auslastung 90% T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) Priorität ( T 1 ) < Priorität ( T 2 ) d 1 d 2 d 1 d 2 0 25 50 75 100 125 150 T 1 verpasst die erste Deadline M. Esponda-Argüero

EDF Earliest Deadline First Früheste Deadline zuerst Der Prozess mit der nächsten Deadline wird als nächster abgearbeitet. Priorität von T i (t) = d i (t) - t M. Esponda-Argüero

Earliest Deadline First Prozesse T 3 T 2 T 1 0 5 10 15 20 1 2 T 1 = ( 0, 1, 3, 3 ) 3 T 2 = ( 0, 1, 4, 4 ) T 3 = ( 0, 2, 5, 5 ) M. Esponda-Argüero

Earliest Deadline First Prozesse 3 7 10 15 T 3 2 5 8 12 14 T 2 1 4 6 9 11 13 16 T 1 0 5 10 15 20 T 1 = ( 0, 1, 3, 3 ) T 2 = ( 0, 1, 4, 4 ) T 3 = ( 0, 2, 5, 5 ) M. Esponda-Argüero

LLF Least Laxity First Kleinster zeitlicher Spielraum Der Prozess mit der kleinsten Zusatzzeit wird als nächster abgearbeitet. Zeitlicher Spielraum l i (t) = d i (t) – t – e i (t) M. Esponda-Argüero

Beispiel: zwei Prozesse Prozesse T 2 T 1 t 0 5 10 15 20 T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 ) M. Esponda-Argüero

Least Laxity First Prozesse 4 T 2 3 T 1 0 5 10 15 20 T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) t T 2 = ( 0, 4, 8, 9 ) M. Esponda-Argüero

Least Laxity First Prozesse 3 T 2 3 T 1 0 5 10 15 20 t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 ) M. Esponda-Argüero

Least Laxity First Prozesse 2 T 2 3 T 1 0 5 10 15 20 t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 ) M. Esponda-Argüero

Least Laxity First Prozesse 2 t 2 2 t 1 0 5 10 15 20 t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 ) M. Esponda-Argüero

Least Laxity First Prozesse 2 t 2 1 t 1 0 5 10 15 20 t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 ) M. Esponda-Argüero

Least Laxity First Prozesse 1 t 2 t 1 0 5 10 15 20 t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 ) M. Esponda-Argüero

Least Laxity First Prozesse 1 t 2 3 t 1 0 5 10 15 20 t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 ) M. Esponda-Argüero

Least Laxity First Prozesse t 2 2 t 1 0 5 10 15 20 t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 ) M. Esponda-Argüero

Least Laxity First Prozesse t 2 2 t 1 0 5 10 15 20 t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 ) M. Esponda-Argüero

Least Laxity First Prozesse 4 t 2 2 t 1 0 5 10 15 20 t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 ) M. Esponda-Argüero

Least Laxity First Prozesse 3 t 2 2 t 1 0 5 10 15 20 t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 ) M. Esponda-Argüero

Least Laxity First Prozesse 3 t 2 t 1 0 5 10 15 20 t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 ) M. Esponda-Argüero

Least Laxity First Prozesse 3 t 2 3 t 1 0 5 10 15 20 t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 ) M. Esponda-Argüero

Least Laxity First Prozesse 3 t 2 2 t 1 0 5 10 15 20 t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 ) M. Esponda-Argüero

Least Laxity First Prozesse 2 t 2 2 t 1 0 5 10 15 20 t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 ) M. Esponda-Argüero

Least Laxity First Prozesse 1 t 2 2 t 1 0 5 10 15 20 t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 ) M. Esponda-Argüero

Least Laxity First Prozesse t 2 1 t 1 0 5 10 15 20 t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 ) M. Esponda-Argüero

Least Laxity First Prozesse t 2 t 1 0 5 10 15 20 t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 ) M. Esponda-Argüero

Earliest Deadline First Prozesse t 2 t 1 0 5 10 15 T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 ) M. Esponda-Argüero

Earliest Deadline First Prozesse 2 4 7 9 t 2 1 3 5 6 8 10 t 1 0 5 10 15 20 25 30 35 idle T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 ) M. Esponda-Argüero

Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) CPU Auslastung 90% T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) Least Laxity First d 1 d 2 d 1 d 2 5 9 0 25 50 75 100 125 150 M. Esponda-Argüero

Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) CPU Auslastung 90% T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) Least Laxity First d 1 d 2 d 1 d 2 5 8 0 25 50 75 100 125 150 M. Esponda-Argüero