Planificación en Multiprocesadores

1. Planificación en Multiprocesadores Dr. Pedro Mejia Alvarez CINVESTAV-IPN Departamento de Computación Sistemas de Tiempo Real

2. Objetivos • Comprender los problemas relacionados con las políticas de planificaciónsobre multiprocesadores • Entender los dos esquemas de asignamiento de tareas: El esquema Particionado y el no-Particionado • Revisar algunos algoritmos propuestos sobre el tema. Sistemas de Tiempo Real

3. Indice • Introducción • Bin Packing • Asignamiento de tareas. • Definición de un modelo simple de Sistema. • Esquema Particionado. • Esquema No Particionado Sistemas de Tiempo Real

4. Planificacion de Tiempo Real t2 t3 t1 P Como se planifica un conjunto de tareastalquesusrequermientos de tiempo real se garantizen ? ad hoc process Proceso de ingenieria basado en metodos analiticos Desarrollo de algoritmos de planificacion RM,DM and EDF y sus tecnica de analisis

5. Real-Time Scheduling t2 t3 t1 P Como se planifica un conjunto de tareastalquesusrequermientos de tiempo real se garantizen ? RM,DM and EDF tienen: • cotas de utilizacion conocidas • algoritmos de despacho en tiempo de ejecucion eficientes • bajo numero de expulsiones • la habilidad de planificar tareas esporadicas y con restricciones de sincronizacion

6. Planificacion de tiempo real en multiples procesadores t2 t3 t1 P1 P2 Problemas: • Como planificar un conjunto de tareas de tiempo real talquesusrequerimientos de tiempo real se satisfagan y se logre: • cotas de utilizacion conocidas (altas) • algoritmos de despacho en tiempo de ejecucion eficintes. • fbajo numero de expulsiones • la habilidad de planificar tareas esporadicas y con restricciones de sincronizacion

7. Planificacion de tiempo real en multiples procesadores t2 t3 t1 P1 P2 2 Problemas principales a resolver: • Problema de la Asignacion de tareas a procesadores. • Problema de la planificaciond e las tareas en los procesadores.

8. Indice • Introducción • Bin Packing • Asignamiento de tareas. • Definición de un modelo simple de Sistema. • Esquema Particionado. • Esquema No Particionado Sistemas de Tiempo Real

9. Bin Packing Dado un número de artículos (A, ..., E) de varios pesos. De que manera es posible colocarlos en dos cajas de tal forma que el máximo peso de los artículos en cada caja, no exceda los 20Kg. Sistemas de Tiempo Real

10. Bin Packing Primer enfoque para resolver el problema. Repeat for all unpacked boxes escoga el articulo mas pesado que queda pongalo en el bin mas ligero end repeat La operación sería: Poner (A,1),(B,2),(D,1),(E,2),(C,2) El problema es donde poner F ?. Sistemas de Tiempo Real

11. Bin Packing El problema es fácil al resolverlo intuitivamente, pero el tratar de formalizarlo es complejo.. Sistemas de Tiempo Real

12. Bin Packing Que pasa si incrementamos el número de artículos ? No. Artículos No. Combinaciones 4 24 5 120 6 720 7 5040 8 40320 9 362880 12 479,001,600 Sistemas de Tiempo Real

13. Bin Packing Algoritmos aproximados para Bin Packing. • First Fit (FF) • Best Fit (BF) • First Fit Decreasing (FFD) • Best Fit Decreasing (BFD) Sistemas de Tiempo Real

14. Indice • Introducción • Bin Packing • Asignacion de tareas. • Definición de un modelo simple de Sistema. • Esquema Particionado. • Esquema No Particionado Sistemas de Tiempo Real

15. Asignacion de tareas El asignamiento puede llevarse a cabo: Off-line -Hard Real Time On -line - Primero se lleva a cabo una prueba de aceptación de la tarea. Sistemas de Tiempo Real

16. Asignacion de tareas Dado un número de tareas T={t1,...,tn] a procesar sobre una máquina con un cierto número de procesadores P={p1,...,pk}. Encontrar para cada tarea una asignacion tal que el número de procesadores sea el mínimo? I:{ti,...,tn} ---> {p1,...,pk} Sistemas de Tiempo Real

17. Asignamiento de tareas Ejemplo: Como planificar n independientes periódicas y desalojables tareas, cuyos deadlines son iguales a sus respectivos periodos, usando el algoritmo de planificación EDF? Sistemas de Tiempo Real

18. Test de Planificabilidad basado en RMS • Para el modelo simple, con prioridades monótonas • en frecuencia, los plazos están garantizados si • U = N ( 21/N - 1) • es la utilización mínima garantizada para N tareas min

19. Planificación EDF • Algoritmo optimo bajo un solo procesador y tareas expulsables. • Como se sabe si un conjunto de tareas es planificable bajo EDF ? • Se pueden garantizar los plazos de respuesta si se cumple que: • Optima con una cota de utilización del 100% • Si plazo < periodo, verifica los tiempos de respuesta en un intervalo igual a el hiperperiodo con fase de tareas 0.

20. Suposiciones de la planificación • Las tareas pueden ser periódicas o aperiodicas. • Se ejecutan en un solo procesador • Las tareas son expulsables y no comparten recursos • Los plazos son iguales a los periodos. • No hay overhead del sistema operativo.

21. Planificación basada en Prioridades • Rate-Monotonic • Earliest Deadline First (2, 1) (5, 2.5) missed deadline (2, 1) (5, 2.5) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

22. Asignacion de tareas Si se tienen tareas uniformemente distribuidas [0, U] la utilización total por procesador en el algoritmo First Fit es igual 0.98U en promedio. De la misma manera la utilización total por procesador en el algoritmo First Fit Drecreasing es igual a 0.98U en promedio. Sistemas de Tiempo Real

23. Asignacion de tareas Planificación con desalojo de independientes periódicas tareas con prioridades fijas sobre multiprocesadores homogéneos puede resolverse usando uno de dos esquemas diferentes basados en como las tareas son asignadas a los procesadores. Esquema Particionado y Esquema No-Particionado Sistemas de Tiempo Real

24. Indice • Introducción • Bin Packing • Asignamiento de tareas. • Definición de un modelo simple de Sistema. • Esquema Particionado. • Esquema No Particionado Sistemas de Tiempo Real

25. Definición de un modelo simple • Las tareas son independientes, con arrivos periódicos y pueden siempre ser desalojables. • Las tareas no requieren un acceso exclusivo a algún otro recurso que no sea el procesador. • El costo del desalojo es considerado nulo. . • El costo de migración es considerado cero. Sistemas de Tiempo Real

26. Definición de un modelo simple • Los procesadores se consideran homogéneos. • El costo cuando una tarea arriba es cero. • En general los costos de comunicación y cambio de contexto son considerados nulos. Sistemas de Tiempo Real

27. particionado global P1 P2 P3 P1 P2 P3 Algoritmos de planificacion en multiples procesadores: global vs particionado

28. Indice • Introducción • Bin Packing • Asignamiento de tareas. • Definición de un modelo simple de Sistema. • Esquema Particionado. • Esquema No Particionado Sistemas de Tiempo Real

29. Esquema Particionado Todas las instancias de una tarea son ejecutadas sobre el mismo procesador. El procesador a utilizar será determinado antes por un algoritmo de particionamiento Garantiza el rendimiento de los tiempos de ejecución (en términos de planificabilidad ) Sistemas de Tiempo Real

30. Dispacher Esquema Particionado Sistemas de Tiempo Real

31. Algoritmo RMFF Esta Heurística es conocida como el Rate Monotonic Fisrt Fit. De acuerdo con este algoritmo, las tareas son primero ordenadas en un orden creciente correspondiente a sus periodos. Así se asignan las tareas en turno, comenzando desde T1 hasta que todas son asignadas siguiendo el First Fit algoritmo. Una tarea Ti puede ser asignada a un procesador si la utilización total de Ti y las tareas x ya asignadas previamente al procesador es igual o menor que URM(x+1). Sistemas de Tiempo Real

32. Algoritmo RMFF Ti ui Ti ui Ti ui (2,1) 0.500 (4.5,.01) 0.022 (8,1) 0.125 (2.5,0.1) 0.040 (5,1) 0.300 (8.5,0.1) 0.012 (3,1) 0.333 (6,1) 0.167 (9,1) 0.111 (4,1) 0.250 (7,1) 0.143 P1: (2,1), (2.5,0.1), (4.5,0.1), (6,1), (8.5,.0.1) P2: (3,1), (4,1), (7,1) P3: (5,1), (8,1), (9,1) (a) P1: (2,1), (3,1), (6,1) P2: (4,1), (5,1), (7,1), (8,1), (9,1) P3: (2.5,0.1), (4.5,0.1), (8.5,0.1) (b) Sistemas de Tiempo Real

33. Indice • Introducción • Bin Packing • Asignamiento de tareas. • Definición de un modelo simple de Sistema. • Esquema Particionado. • Esquema No Particionado Sistemas de Tiempo Real

34. Esquema No Particionado La tarea puede ejecutarse sobre cualquier procesador aun después de haber sido desalojada. No existe una prueba de planificabilidad eficiente. No hay un esquema optimo de asignamiento de prioridad. Sistemas de Tiempo Real

35. GRMS. GRMS es un esquema de planificación global para tareas usando Rate Monotonic sobre multiprocesadores. El control de admisión es un algoritmo que asegura que solamente las tareas cuyos deadlines son conocidas serán aceptadas en el sistema. Posee costos de migración bajos. Sistemas de Tiempo Real

36. GRMS. Por que utilizar un esquema global? Task Period Computation Utilization T1 5 3 0.60 T2 7 4 0.57 T3 10 2 0.20 T4 15 7 0.46 Sistemas de Tiempo Real

37. GRMS. Para tareas de tiempo real criticas la prueba de aceptación deberá asegurar que ninguna tarea admitida pierda su plazo. Dos algoritmos de control de admisión. Instante Critico Control de admisión optimo Sistemas de Tiempo Real

38. Algoritmos Eficientes RMST (Rate Monotonic Small Tasks) RMGT (Rate Monotonic General Tasks) Adaptive TkC ...... Sistemas de Tiempo Real