Algoritmos para Escalonamento de Tempo Real – (RM, EDF, DM)

1. Algoritmos para Escalonamento de Tempo Real – (RM, EDF, DM) André Luis Meneses Silva andreluis.ms@gmail.com strufs.wordpress.com

2. Agenda • Introdução • Escalonamento de Tarefas Periódicas • Escalonamento de Taxa Monotônica • Earliest Deadline First • Escalonamento de Deadline Monotônico

3. Introdução • O que vamos ver em escalonamento de STR? • Escalonamento de Tarefas Periódicas • Tarefas Dependentes: Compartilhamento de Recursos • Tarefas Dependentes: Relações de Precedência • Escalonamento de Tarefas Aperiódicas

4. Escalonamento de Tarefas Periódicas • Devido a sua previsibilidade, tarefas periódicas em geral: • Permite que se obtenha garantias em tempo de projeto. • Utilizadas para modelagem de sistemas de controle de processos e aplicações multimídia.

5. Escalonamento de Tarefas Periódicas • Os algoritmos de escalonamento que serão vistos são: • Dirigidos a prioridades • Prioridades são atribuídas de acordo com as restrições temporais das tarefas. • Veremos 3 algoritmos: • Escalonamento de Taxa Monotônica (Rate Monotonic) • Earliest Deadline First (EDF) • Escalonamento Deadline Monotônico (DM)

6. Escalonamento de Taxa Motônica • Desenvolvido por Liu & Layland. • Produz escalas em tempo de execução através de escalonadores preemptivos dirigidos a prioridades. • On-line ou offline? • É um esquema de prioridade fixa, ou seja, tarefas sempre possuem a mesma prioridade. • Estático ou dinâmico?

7. Escalonamento de Taxa Monotônica • O algoritmo RM trabalha sobre um modelo de tarefas bastante simples, que obedece às seguintes premissas: • As tarefas são periódicas e independentes. • O “deadline” de cada tarefa coincide com o seu período (Di = Pi) • O tempo de computação (Ci) de cada tarefa é conhecido e constante (Worst Case Computation Time) • O tempo de chaveamento entre tarefas é assumido nulo.

8. Escalonamento de Taxa Monotônica • Idéia: Dar maior prioridade às tarefas de menor período.

9. Escalonamento de Taxa Monotônica • Idéia: Dar maior prioridade às tarefas de menor período.

10. Escalonamento de Taxa Monotônica

11. Vamos reproduzir no Cheddar • 1. Inserindo um processador • Edit >> Add >> Add a processor • Processor Name : Processor_1 • Scheduler: Rate Monotonic • Option: Preemptive • Add • Cliquem em Advanced para confirmar se realmente foi adicionado.

12. Vamos reproduzir no Cheddar • 2. Inserindo um espaço de endereçamento • Edit >> Add >> Add an Address Space • Address Space Name : mem_1 • Processor: Processor_1 • Add • Cliquem em Advanced para confirmar se realmente foi adicionado.

13. Vamos reproduzir no Cheddar • 3. Inserindo Tarefas (inserir 3 tarefas) • Edit >> Add >> Add a Task • Name : task_1, task_2, task_3 • Task Type: Periodic • Address Space: mem_1 • Processor: Processor_1 • Inserir Capacity, Deadline e Period de acordo com a tabela do próximo slide. • Cliquem em Advanced para confirmar se realmente foi adicionado.

14. Vamos reproduzir no Cheddar • Tarefas

15. Vamos reproduzir no Cheddar • Simulando • Clique no botão Scheduling Simulation • Clique em ok.

16. Escalonamento de Taxa Monotônica • Que trabalhão  • Para todo projeto de tempo real devemos construir esta escala? • Com certeza  • Existe alguma fórmula que nos dê alguma perspectiva antes de construirmos a escala? • Sim? Qual?

17. Escalonamento de Taxa Monotônica • A análise de escalonabilidade pode ser feita através do teste abaixo que define uma condição suficiente.

18. Escalonamento de Taxa Monotônica • Aplicando a fórmula no exemplo utilizado no cheddar, temos:

19. No Cheddar • Cliquem no botão Scheduling feasibility.

20. Escalonamento de Taxa Monotônica • Quando as tarefas menos prioritárias possuem períodos múltiplos em relação a mais prioritária, temos: • Condição necessária e suficiente

21. Escalonamento de Taxa Monotônica • Aplicando a primeira fórmula, temos: No entanto, é escalonável.

22. Escalonamento de Taxa Monotônica • Muito utilizado devido a sua simplicidade de implementação. • É um algoritmo ótimo para a classe de problemas que se propõe • Tarefas periódicas. • P = D. • Prioridade Fixa.

23. Outro exemplo • Digamos que modelamos um sistema com as seguintes tarefas. O que acontece no RM?

24. Outro exemplo

25. O que fazer?

26. Earliest Deadline First (EDF) • Desenvolvido por Liu & Leiland • Produz escalas em tempo de execução através de escalonadores preemptivos dirigidos a prioridades. • É um esquema de prioridade dinâmica. • On-line e Dinâmico.

27. Earliest Deadline First (EDF) • O algoritmo EDF trabalha sobre um modelo de tarefas bastante simples, que obedece as seguintes premissas: • As tarefas são periódicas e independentes. • O “deadline” de cada tarefa coincide com o seu período (Di = Pi) • O tempo de computação (Ci) de cada tarefa é conhecido e constante (Worst Case Computation Time) • O tempo de chaveamento entre tarefas é assumido nulo.

28. Earliest Deadline First (EDF) • Idéia: Atribuição dinâmica de prioridades de acordo com os deadlines de cada tarefa.

29. Earliest Deadline First (EDF) • Idéia: Atribuição dinâmica de prioridades de acordo com os deadlines de cada tarefa.

30. Earliest Deadline First (EDF) • Idéia: Atribuição dinâmica de prioridades de acordo com os deadlines de cada tarefa.

31. Earliest Deadline First (EDF) • A análise de escalonabilidade pode ser feita através do teste abaixo que define uma condição suficiente e necessária.

32. Escalonamento EDF • Embora consiga trabalhar com um conjunto maior de casos, EDF possui implementação complexa. • É um algoritmo ótimo para a classe de problemas que se propõe • Tarefas periódicas. • P = D. • Prioridade Dinâmica.

33. Escalonamento Deadline Monotônico • Desenvolvido por Leung & Whitehead • Estende o modelo de tarefas do Taxa Monotônico. • Escala em tempo de execução (on-line). • Prioridades Fixas (estático).

34. Escalonamento Deadline Monotônico • Premissas: • As tarefas são periódicas e independentes. • O “deadline” de cada tarefa pode não coincidir com o seu período ( ) • O tempo de computação (Ci) de cada tarefa é conhecido e constante (Worst Case Computation Time) • O tempo de chaveamento entre tarefas é assumido nulo.

35. Escalonamento Deadline Monotônico • Idéia: Atribuição estática de prioridades baseada nos deadlines relativos das tarefas (Di).

36. Escalonamento Deadline Monotônico

37. Exercícios • Considere cada tarefa P como sendo a tripla P(tempo de computação, período, deadline). • 1. Sejam P1(5, 10, 10) e P2(20, 40, 40) • Calcule a utilização (U) • Mostre um escalonamento praticável usando EDF. • Demonstre que um escalonamento praticável baseado em prioridades fixas existe ou prove que não pode existir.

38. Exercícios • 2. Sejam P1 = (3, 9, 6), P2 = (4, 18, 12) e P3 = (4, 12, 10). • Qual a utilização do processador U • Mostre que um escalonamento RM existe ou não. • Mostre que um escalonamento EDF existe ou não. • Mostre que um escalonamento DM existe ou não.

39. Referências • Farines • Seção 2.4 • Sistemas de Tempo Real. Alan C. Shaw (Capítulo 6). • System Design and Analysis. Philip A. Laplace (Capítulo 3, seções 3.2.4 e 3.2.5).