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

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Scheduling in Echtzeitbetriebssystemen Prof. Dr. Margarita Esponda Freie Universitt Berlin Echtzeitsysteme Korrekte Ergebnisse zum richtigen Zeitpunkt Hart Eine versptete Antwort ist eine falsche Antwort Echtzeitsysteme Weich Eine

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SLIDE 1

Scheduling in Echtzeitbetriebssystemen

  • Prof. Dr. Margarita Esponda

Freie Universität Berlin

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SLIDE 2

Echtzeitsysteme

Korrekte Ergebnisse zum richtigen Zeitpunkt

Echtzeitsysteme Hart Weich

Eine verspätete Antwort ist eine falsche Antwort Eine verspätete Antwort bedeutet schlechte Qualität

  • M. Esponda-Argüero
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Scheduler

Task = Ausführung eines Programms oder Teile eines Programms

Task = Prozess

In Echtzeitbetriebssystemen wird sehr oft der Begriff Task verwendet.

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 4

Scheduling in Echtzeitbetriebssystemen

Algorithmen

  • ff-line
  • n-line

statische Prioritäten dynamische Prioritäten

RMS DMS EDF LLF

Rate Monotonic Scheduling Deadline Monotonic Scheduling Earliest Deadline First Least Laxity First

  • M. Esponda-Argüero
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Scheduling-Algorithmen

Vereinfachung: Die Prozesse sind voneinander unabhängig Die Prozesse sind alle unterbrechbar Notation: r = release

= Startpunkt, an dem der Prozess zur Ausführung bereit ist.

e = execution = Zeiteinheiten für die CPU.

Schlimmste Ausführungszeit.

d = deadline

= Zeiteinheiten bis zur nächsten Zeitschranke.

p = period

= Zeit bis zum nächsten Aufruf desselben Prozesses.

Prozess: Ti = ( ri, ei, di, pi ) Beispiel: T1 = ( 1, 3, 7, 10 )

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 6

Notation

Prozess: Ti = ( ri, ei, di, pi ) Beispiel: T1 = ( 1, 3, 7, 10 ) Zeit

8 1 11

r =1 e =3 d =7 p =10 T1

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 7

Beispiel: drei Prozesse (Tasks)

5 10 15 20 Prozesse

T1 T2 T3

T1 = ( 0, 1, 3, 3 ) Start CPU Deadline Periode T2 = ( 0, 1, 4, 4 ) T3 = ( 0, 2, 5, 5 )

3 CPUs

  • M. Esponda-Argüero
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RMS Rate Monotonic Scheduling

Feste Prioritäten

Die Prioritäten werden umgekehrt proportional zur Periode vergeben

Beispiel: T1 = ( 0, 2, 5, 5 ) T2 = ( 0, 3, 10, 10 ) T3 = ( 0, 4, 20, 20 )

Deadline = Periode

r e d p

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 9

Beispiel: RMS

T1 = ( 0, 2, 5, 5 ) T2 = ( 0, 2, 7, 7 ) T3 = ( 0, 3, 18, 18 )

r e d p Auslastung der CPU 2 5 2 7 3 18 + + = 86 % Der RMS-Algorithmus ist der am besten untersuchte und der am häufigsten eingesetzte Algorithmus.

Anim

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 10

DMS Deadline Monotonic Scheduling

Die Prioritäten der Prozesse sind umgekehrt proportional zur Länge der Deadlines.

Feste Prioritäten

Deadline Periode

Beispiel: T1 = ( 0, 2, 3, 5 ) T2 = ( 0, 3, 10, 10 ) T3 = ( 0, 4, 8, 20 )

r e d p

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 11

DMS

1 2

5 10 15 20 Prozesse

T1 T2 T3

4 5 3 6

Deadline verletzt !

T1 = ( 0, 1, 3, 3 ) T2 = ( 0, 1, 4, 4 ) T3 = ( 0, 2, 5, 5 )

Mit DMS nicht lösbar

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 12

DMS

1 2

5 10 15 20 Prozesse

T1 T2 T3

4 5 3

Deadline verletzt !

3

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 13

Beispiel: DMS

Erfüllbarkeitstest

Prüft, ob alle Deadlines eingehalten werden können.

e2 /p2 = 40 % e1 /p1 = 50 %

CPU Auslastung CPU Auslastung 90%

T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 )

r e d p

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 14

Beispiel: Keine Lösung mit DMS

CPU Auslastung 90% T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) Priorität ( T1 ) > Priorität ( T2 )

25 50 75 100 125 150

r e d p

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 15

Beispiel: Keine Lösung mit DMS

CPU Auslastung 90% T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) Priorität ( T1 ) > Priorität ( T2 )

25 50 75 100 125 150

d1 d1 d2 d2

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 16

Beispiel: Keine Lösung mit DMS

CPU Auslastung 90% T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) Priorität ( T1 ) > Priorität ( T2 )

25 50 75 100 125 150

d1 d1 d2 d2

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 17

Beispiel: Keine Lösung mit DMS

CPU Auslastung 90% T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) Priorität ( T1 ) > Priorität ( T2 )

25 50 75 100 125 150

d1 d1 d2 d2

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 18

Beispiel: Keine Lösung mit DMS

CPU Auslastung 90% T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) Priorität ( T1 ) > Priorität ( T2 )

25 50 75 100 125 150

d1 d1 d2 d2 T2 verpasst die erste Deadline

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 19

Beispiel: Keine Lösung mit DMS

CPU Auslastung 90% T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) Priorität ( T1 ) < Priorität ( T2 )

25 50 75 100 125 150

d1 d1 d2 d2

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 20

Beispiel: Keine Lösung mit DMS

CPU Auslastung 90% T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) Priorität ( T1 ) < Priorität ( T2 )

25 50 75 100 125 150

d1 d1 d2 d2 T1 verpasst die erste Deadline

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 21

EDF Earliest Deadline First

Früheste Deadline zuerst Der Prozess mit der nächsten Deadline wird als nächster abgearbeitet.

Priorität von Ti(t) = di(t) - t

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 22

Earliest Deadline First

1 2

5 10 15 20 Prozesse

T1 T2 T3

3 T1 = ( 0, 1, 3, 3 ) T2 = ( 0, 1, 4, 4 ) T3 = ( 0, 2, 5, 5 )

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 23

Earliest Deadline First

1 2

5 10 15 20 Prozesse

T1 T2 T3

3 4 6 9 11 13 16 5 8 12 14 10 15 7 T1 = ( 0, 1, 3, 3 ) T2 = ( 0, 1, 4, 4 ) T3 = ( 0, 2, 5, 5 )

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 24

LLF Least Laxity First

Kleinster zeitlicher Spielraum Der Prozess mit der kleinsten Zusatzzeit wird als nächster abgearbeitet.

li(t) = di(t) – t – ei(t)

Zeitlicher Spielraum

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 25

Beispiel: zwei Prozesse

5 10 15 20 Prozesse

T1 T2

T1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T2 = ( 0, 4, 8, 9 )

t

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 26

Least Laxity First

5 10 15 20 Prozesse

T1 T2

3 4 T1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T2 = ( 0, 4, 8, 9 )

t

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 27

Least Laxity First

5 10 15 20 Prozesse

T1 T2

3 3 T1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T2 = ( 0, 4, 8, 9 )

t

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 28

Least Laxity First

5 10 15 20 Prozesse

3 2 T1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T2 = ( 0, 4, 8, 9 )

T1 T2

t

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 29

Least Laxity First

5 10 15 20 Prozesse

t1 t2

2 2 T1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T2 = ( 0, 4, 8, 9 )

t

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 30

Least Laxity First

5 10 15 20 Prozesse

t1 t2

1 2 T1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T2 = ( 0, 4, 8, 9 )

t

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 31

Least Laxity First

5 10 15 20 Prozesse

t1 t2

1 T1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T2 = ( 0, 4, 8, 9 )

t

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 32

Least Laxity First

5 10 15 20 Prozesse

t1 t2

1 3 T1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T2 = ( 0, 4, 8, 9 )

t

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 33

Least Laxity First

5 10 15 20 Prozesse

t1 t2

2 T1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T2 = ( 0, 4, 8, 9 )

t

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 34

Least Laxity First

5 10 15 20 Prozesse

t1 t2

2 T1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T2 = ( 0, 4, 8, 9 )

t

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 35

Least Laxity First

5 10 15 20 Prozesse

t1 t2

2 4 T1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T2 = ( 0, 4, 8, 9 )

t

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 36

Least Laxity First

5 10 15 20 Prozesse

t1 t2

2 3 T1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T2 = ( 0, 4, 8, 9 )

t

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 37

Least Laxity First

5 10 15 20 Prozesse

t1 t2

3 T1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T2 = ( 0, 4, 8, 9 )

t

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 38

Least Laxity First

5 10 15 20 Prozesse

t1 t2

3 3 T1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T2 = ( 0, 4, 8, 9 )

t

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 39

Least Laxity First

5 10 15 20 Prozesse

t1 t2

3 2 T1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T2 = ( 0, 4, 8, 9 )

t

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 40

Least Laxity First

5 10 15 20 Prozesse

t1 t2

2 2 T1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T2 = ( 0, 4, 8, 9 )

t

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 41

Least Laxity First

5 10 15 20 Prozesse

t1 t2

1 2 T1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T2 = ( 0, 4, 8, 9 )

t

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 42

Least Laxity First

5 10 15 20 Prozesse

t1 t2

1 T1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T2 = ( 0, 4, 8, 9 )

t

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 43

Least Laxity First

5 10 15 20 Prozesse

t1 t2

T1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T2 = ( 0, 4, 8, 9 )

t

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 44

Earliest Deadline First

Prozesse

t1 t2

5 10 15

T1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T2 = ( 0, 4, 8, 9 )

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 45

Earliest Deadline First

Prozesse

t1 t2

5 10 15 20

1 2 3 5 6 4 7

25

8 10

30 35

9 T1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T2 = ( 0, 4, 8, 9 )

idle

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 46

Beispiel: Keine Lösung mit DMS

CPU Auslastung 90% T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 )

25 50 75 100 125 150

d1 d1 d2 d2

Least Laxity First

5 9

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 47

Beispiel: Keine Lösung mit DMS

CPU Auslastung 90% T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 )

25 50 75 100 125 150

d1 d1 d2 d2

5 8

Least Laxity First

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 48

Beispiel: Keine Lösung mit DMS

CPU Auslastung 90% T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 )

25 50 75 100 125 150

d1 d1 d2 d2

5 7

Least Laxity First

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 49

Beispiel: Keine Lösung mit DMS

CPU Auslastung 90% T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 )

25 50 75 100 125 150

d1 d1 d2 d2

5 6

Least Laxity First

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 50

Beispiel: Keine Lösung mit DMS

CPU Auslastung 90% T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 )

25 50 75 100 125 150

d1 d1 d2 d2

5 5

Least Laxity First

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 51

Beispiel: Keine Lösung mit DMS

CPU Auslastung 90% T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 )

25 50 75 100 125 150

d1 d1 d2 d2

5 4

Least Laxity First

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 52

Beispiel: Keine Lösung mit DMS

CPU Auslastung 90% T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 )

25 50 75 100 125 150

d1 d1 d2 d2

4

Least Laxity First

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 53

Beispiel: Keine Lösung mit DMS

CPU Auslastung 90% T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 )

25 50 75 100 125 150

d1 d1 d2 d2

4

Least Laxity First

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 54

Beispiel: Keine Lösung mit DMS

CPU Auslastung 90% T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 )

25 50 75 100 125 150

d1 d1 d2 d2

4

Least Laxity First

5

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 55

Beispiel: Keine Lösung mit DMS

CPU Auslastung 90% T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 )

25 50 75 100 125 150

d1 d1 d2 d2

Least Laxity First

4

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 56

Beispiel: Keine Lösung mit DMS

CPU Auslastung 90% T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 )

25 50 75 100 125 150

d1 d1 d2 d2

Least Laxity First

4

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 57

Beispiel: Keine Lösung mit DMS

CPU Auslastung 90% T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 )

25 50 75 100 125 150

d1 d1 d2 d2

Least Laxity First

4 9

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 58

Beispiel: Keine Lösung mit DMS

CPU Auslastung 90% T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 )

25 50 75 100 125 150

d1 d1 d2 d2

Least Laxity First

4 8

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 59

Beispiel: Keine Lösung mit DMS

CPU Auslastung 90% T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 )

25 50 75 100 125 150

d1 d1 d2 d2

Least Laxity First

8 5

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 60

Beispiel: Keine Lösung mit DMS

CPU Auslastung 90% T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 )

25 50 75 100 125 150

d1 d1 d2 d2

Least Laxity First

7 5

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 61

Beispiel: Keine Lösung mit DMS

CPU Auslastung 90% T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 )

25 50 75 100 125 150

d1 d1 d2 d2

Least Laxity First

6 5

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 62

Beispiel: Keine Lösung mit DMS

CPU Auslastung 90% T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 )

25 50 75 100 125 150

d1 d1 d2 d2

Least Laxity First

5 5

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 63

Beispiel: Keine Lösung mit DMS

CPU Auslastung 90% T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 )

25 50 75 100 125 150

d1 d1 d2 d2

Least Laxity First

4 5

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 64

Beispiel: Keine Lösung mit DMS

CPU Auslastung 90% T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 )

25 50 75 100 125 150

d1 d1 d2 d2

Least Laxity First

4 4

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 65

Beispiel: Keine Lösung mit DMS

CPU Auslastung 90% T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 )

25 50 75 100 125 150

d1 d1 d2 d2

Least Laxity First

3

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 66

Beispiel: Keine Lösung mit DMS

CPU Auslastung 90% T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 )

25 50 75 100 125 150

d1 d1 d2 d2

Least Laxity First

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 67

Beispiel: Keine Lösung mit DMS

CPU Auslastung 90% T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 )

25 50 75 100 125 150

d1 d1 d2 d2

aber mit Least Laxity First

d1

idle

  • M. Esponda-Argüero
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SLIDE 68

Scheduling in Echtzeitbetriebssystemen

 Echtzeitbetriebssysteme müssen Zeitanforderungen

erfüllen

 Scheduling wird häufig durch Prioritätsvergabe gesteuert  Prioritäten können statisch oder dynamisch vergeben

werden

 Wir haben vier grundlegende Algorithmen besprochen  Was noch fehlt: Scheduling mit abhängigen Prozessen

  • M. Esponda-Argüero