Phân tích xấp xỉ khả năng lập lịch của hệ thời gian thực trong trường hợp độ ưu tiên cố định với kỳ hạn không ràng buộc và độ trễ phát hành

Phân tích xấp xỉ khả năng lập lịch của hệ thời
gian thực trong trường hợp độ ưu tiên cố định
với kỳ hạn không ràng buộc và độ trễ phát
hành


Phạm Đức Mạnh


Trường Đại học Công ngh. Đại học Quốc gia Hà Nội
Luận văn ThS. Công nghệ thông tin: 60 48 10
Người hướng dẫn : TS. Nguyễn Thị Huyền Châu
Năm bảo vệ: 2013
48 tr .

Abstract. Hệ thống hóa cơ sở lý thuyết của đề tài. Đề cập đến mô hình nhiệm vụ hệ
thời gian thực. Mô tả các phương pháp kiểm định chính xác cho hệ có độ ưu tiên cố
định. Trong mỗi phương pháp, đều đưa ra ý tưởng, thuật toán và ví dụ minh họa cụ
thể. Đưa ra phương pháp phân tích khả năng lập lịch của hệ thời gian thực có độ ưu
tiên cố định với kỳ hạn không ràng buộc và độ trễ phát hành sử dụng biểu đồ xấp xỉ.
Đề xuất 1 hàm RBF xấp xỉ để cải thiện chất lượng thuật toán. Giới thiệu 1 ví dụ minh
họa cũng như phân tích tính đúng đắn của phương pháp mà luận văn đề xuất. Trình
bày các kết quả thực nghiệm để đánh giá hiệu quả của biểu đồ xấp xỉ so với các
phương pháp kiểm định đã được biết đến khác. Tóm tắt những kết quả đạt được cũng
như hướng phát triển trong tương lại
Keywords. Công nghệ thông tin; Công nghệ phần mềm; Lập lịch hệ thời gian thực
Content.
1.1. Bối cảnh nghiên cứu
Trong những năm gần đây, các hệ thống thời gian thực đóng vai trò ngày càng
quan trọng trong nhiều lĩnh vực ứng dụng. Hệ thống thời gian thực đã và đang được
ứng dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất tự động, robot, điều khiển lưu thông,

điều khiển các thí nghiệm tự động, truyền thông, điều khiển trong quân sự …
Với những hệ thống này, lượng công việc cần thực hiện có thể không được dự
báo chính xác, các nhiệm vụ có thể sinh ra thêm trong thời gian chạy. Do đó mà hệ
thống cần có khả năng giải quyết những tình huống quá tải tạm thời. Điều này được
thực hiện thông qua một bộ điều khiển gia nhập có khả năng quyết định chấp nhận hay
từ chối một nhiệm vụ nào đó nhằm điều tiết lượng công việc dựa trên các tính toán về
khả năng lập lịch. Những tính toán này đòi hỏi phải đủ nhanh do chúng được thực hiện
thường xuyên trong suốt thời gian tồn tại của hệ thống.
Tồn tại 2 phương pháp phân tích chính xác khả năng lập lịch của một hệ thống
thời gian thực với độ ưu tiên cố định là Response Time Analysis (RTA - [4, 6]) và
Processor Demand Analysis (PDA - [5, 6]). Mặc dù có độ phức tạp giả đa thức nhưng
cả 2 phương pháp này đều được cài đặt rất hiệu quả trong thực tế. Tuy nhiên, với
những hệ mà các nhiệm vụ được sản sinh động, các test kiểm định được gọi liên tiếp
với số lượng lớn, một thuật toán với độ phức tạp giả đa thức trở nên quá chậm. Thay
vào đó, chúng ta hướng đến một thuật toán có độ phức tạp đa thức. Một trong số đó là
phướng pháp biểu đồ xấp xỉ mà luận văn sử dụng.
Việc sử dụng phương pháp xấp xỉ để phân tích tính khả thi của hệ đã được trình
bày trong [2] cho trường hợp các nhiệm vụ có độ ưu tiên cố định với kỳ hạn ràng buộc
và được mở rộng cho hệ với kỳ hạn không ràng buộc trong [3]. Những kiểm định xấp
xỉ này chạy trong thời gian đa thức và được điều khiển bởi một tham số chính xác .
Trong [10] đã đưa ra một phương pháp kiểm định xấp xỉ dựa trên khái niệm cận trên
thời gian phản ứng cho hệ có độ ưu tiên cố định với kỳ hạn ràng buộc và độ trễ phát
hành (release jitters) và sau đó được chuẩn hóa và mở rộng trong [12, 13]. Tiếp đó,
[14] đã trình bày và sửa chữa các vấn đề kỹ thuật trong [3], đồng thời đề xuất một
thuật toán xấp xỉ cải thiện cho hệ với kỳ hạn không ràng buộc. Nó cũng được mở rộng
để tính toán cận trên thời gian phản ứng trong [11].
Như vậy, hiện chưa có phương pháp kiểm định xấp xỉ nào cho hệ có độ ưu tiên
cố định với kỳ hạn không ràng buộc và độ trễ phát hành. Do đó, luận văn nghiên cứu
đề xuất một thuật toán kiểm định xấp xỉ cho hệ này, với mức độ xấp xỉ được tham số
hóa, cho phép chúng ta “co dãn” thuật toán để cân bằng giữa độ chính xác và độ phức

tạp của thuật toán.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
Trong đề tài này, tôi sử dụng phương pháp biểu đồ xấp xỉ để kiểm định khả
năng lập lịch của hệ thời gian thực trong trường hợp độ ưu tiên cố định với kỳ hạn
không ràng buộc và độ trễ phát hành. Thuật toán có độ phức tạp đa thức, cung cấp một
kết quả “xấp xỉ” về khả năng lập lịch của các nhiệm vụ trong hệ thống. Thêm vào đó,
luận văn cũng đưa ra hàm RBF xấp xỉ thay thế để cải thiện thuật toán xấp xỉ đã được
trình bày trong [14]. Cuối cùng, luận văn trình bày các kết quả thực nghiệm để đánh
giá hiệu quả của biểu đồ xấp xỉ so với những phương pháp kiểm định đã được biết đến
khác.
1.3. Cấu trúc luận văn
Trong các phần tiếp theo của luận văn, tôi sẽ trình bày những nội dung sau:
Chương 2 trình bày về cơ sở lý thuyết của đề tài. Chương này đề cập đến mô
hình nhiệm vụ hệ thời gian thực. Tiếp đến, tôi mô tả các phương pháp kiểm định chính
xác cho hệ có độ ưu tiên cố định. Trong mỗi phương pháp, luận văn đều đưa ra ý
tưởng, thuật toán và ví dụ minh họa cụ thể.
Chương 3 đưa ra phương pháp phân tích khả năng lập lịch của hệ thời gian thực
có độ ưu tiên cố định với kỳ hạn không ràng buộc và độ trễ phát hành sử dụng biểu đồ
xấp xỉ. Trong chương này, luận văn sẽ đề xuất 1 hàm RBF xấp xỉ để cải thiện chất
lượng thuật toán. Phần cuối chương, tôi sẽ trình bày 1 ví dụ minh họa cũng như phân
tích tính đúng đắn của phương pháp mà luận văn đề xuất.
Chương 4 trình bày các kết quả thực nghiệm để đánh giá hiệu quả của biểu đồ
xấp xỉ so với các phương pháp kiểm định đã được biết đến khác.
Chương 5 tóm tắt những kết quả đạt được cũng như hướng phát triển trong
tương lại.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Bini, E., Buttazzo, G. (2005), “Measuring the performance of schedulability
tests”, Journal of Real-Time Systems 30(1-2), pp. 129–154.
2. Fisher, N., Baruah, S. (2005), “A polynomial-time approximation scheme for
feasibility analysis in static-priority systems with bounded relative deadlines”,

Proc. Int. Conf. on Real-Time and Network Systems (RTNS’05), pp. 233–249.
3. Fisher, N., Baruah, S. (2005), “A fully polynomial-time approximation scheme
for feasibility analysis in static-priority systems with arbitrary relative
deadlines”, Proc. Euromicro Int. Conf. on Real-Time Systems (ECRTS’05), pp.
117–126.
4. Joseph,M., Pandya, P (1986), “Finding response times in a realtime systems”,
The Computer Journal 29(5), pp. 390–395.
5. Lehoczky, J., Sha, L., Ding, Y. (1989), “The rate monotonic scheduling
algorithm: exact characteri-zation and average case behavior”, Proc. IEEE Int.
Real-Time System Symposium (RTSS’89), pp. 166–171.
6. Lehoczky, J. (1990), “Fixed priority scheduling of periodic tasks with arbitrary
deadlines”, Proc. IEEE Int. Real-Time System Symposium (RTSS’90), pp. 201–
209.
7. Leung, J., and Whitehead, J. (1982), “On the complexity of fixed-priority
scheduling of periodic, real-time tasks”, Performance Evaluation 2, pp. 237-
250.
8. Liu, C. L. and Layland J. W. (1973), "Scheduling AIgorithms for
Multiprogramming in a Hard Real Time Environment", Journal of the ACM 20
(1), pp. 46 - 61.
9. R.I.Davis, A.Burns (2008), “Response time upper bounds for fixed priority real-
time system”, Proc. IEEE Int. Symposium on Real-Time Systems (RTSS’08).
10. Richard, P., Goossens, J. (2006), “Approximating response times for static-
priority tasks with release jitters”, WIP, Euromicro Int. Conf. on Real-Time
Systems (ECRTS’06).
11. Richard, P., Kemayo, G., Ridouard, F., Grolleau, E., Nguyen, T.H.C. (2012),
“Response time bounds for static-priority tasks and arbitrary relative deadlines
with resource augmentation”, ETFA 2012, pp. 1–8.
12. T.H.C.Nguyen, P.Richard, E.Bini (2008), “Improved approximate response
time bounds for static-priority tasks”, Proc. Int. Conf. on Real-Time and
Network Systems (RTNS’08).

13. T.H.C.Nguyen, P.Richard, E.Bini (2009), “Approximation techniques for
response-time analysis of static-priority tasks”, Journal of Real-Time Systems
(RTSJ’09) 43(2), pp. 147 – 176.
14. T.H.C.Nguyen, P.Richard, N.Fisher (2010), “The fully polynomial-time
approximation scheme for feasibility analysis in static-priority systems with
arbitrary relative deadlines revisited”, Proc. Int. Conf. on Real-Time and
Network Systems (RTNS’10), pp. 21-30.