实时多处理器系统中抢占受限任务可调度性分析研究

The schedulability analysis is very important for enhancing the reliability, reducing the cost and improving the efficiency of the real-time systems. Due to some practical constraints, such as the atomicity of transactions and the access to shared resources, more and more real-time systems use the limited preemptive task model. Moreover, computer systems have been developed from the unique processor environment to the multiprocessor environment, which constitutes the realistic necessity of researching the schedulability analysis of limited preemptive tasks in real-time multiprocessor systems. Since existing technologies only support arbitrary preemptive tasks or uni-processor systems, it is urgent to study the schedulability analysis of limited preemptive tasks in real-time multiprocessor systems. The schedulability analysis of real-time tasks in real systems needs to consider both the time-constraint of tasks and the memory cost of the system, and pursues a higher efficiency without any effect on the accuracy of the calculation result. This project analyzes the preemption between limited preemptive tasks in real-time multiprocessor systems and studies the calculation of the threshold of the interference between tasks. We also research the memory cost calculation and the relationship between the worst-case response time of tasks, to propose high accuracy and efficient schedulability analysis methods of limited preemptive tasks on multiprocessor platforms.

可调度性分析对于增强系统可靠性，降低系统成本和提升系统运行效率至关重要。考虑到事务原子性、共享资源访问等因素，越来越多的实时系统使用抢占受限任务模型；另一方面，计算系统已从单处理器环境发展到多处理器环境，这构成了研究实时多处理器系统中抢占受限任务可调度性分析的现实必要性。现有方法只支持任意抢占任务或单处理器环境，因此，迫切需要研究实时多处理器系统中抢占受限任务可调度性分析。实际系统中的实时任务可调度性分析需要考虑任务实时性和系统内存资源开销两方面因素，并在不影响计算结果准确性的前提下，追求更高的执行效率。本课题深入分析实时多处理器系统中抢占受限任务间的抢占规律；探讨任务间干扰阈值计算方法；探索任务间抢占行为对系统内存资源开销的影响；研究不同任务最坏情况响应时间之间的关联，以最终提出支持多处理器环境的高准确性、高效率抢占受限实时任务可调度性分析。

实时系统所使用的可调度性分析方法的性能对系统的资源利用率、并行处理能力和响应延迟具有直接影响。因此，需要研究具备高精度、高效率的实时任务可调度性分析方法。.本项目研究实时任务可调度性分析问题，重点研究抢占受限实时任务可调度性分析问题。研究内容包含不同调度方法下抢占受限实时任务间的抢占规律分析、抢占受限实时任务干扰阈值计算模型的构建、系统内存资源开销阈值计算方法研究、以及实时任务可调度性分析高效率执行框架的构建。.本项目针对G-EDF和G-FP调度下的抢占受限实时任务可调度性分析问题进行研究，揭示了上述两种调度方法下抢占受限实时任务之间的抢占规律，以及抢占点个数对任务间抢占强度的影响，给出了上述两种调度方法下抢占受限任务最坏情况响应时间发生场景的必要条件，构建了一系列具备高精度的抢占受限任务干扰阈值计算模型，其中，所构建的支持G-EDF调度的抢占受限任务干扰阈值计算模型是首个支持此环境的干扰阈值计算模型。其次，本项目构建了分别支持上述两种调度方法的两种抢占受限任务响应时间分析方法高效率执行框架，并结合做提出的抢占受限任务干扰阈值计算模型，提出了一系列具备高精度、高效率的抢占受限任务响应时间分析方法。此外，本项目扩展研究了任意抢占任务可调度性分析问题和混合任务可调度性分析问题，提出了一系列支持上述任务模型的可调度性分析方法。本项目具体研究成果包括论文10篇（含录用），其中CCF A类论文2篇，CCF B类论文6篇，1篇论文获得EMSOFT 2021最佳论文提名；申请国家专利3项；实现实时系统任务调度子系统1套；协助培养博士研究生2名，培养硕士研究生6名。.本项目立足于解决当前产业界的实际需求，所提出方法对于提高现有实时系统的资源利用率、并行计算能力，以及降低现有实时系统响应延迟具有重要促进作用。同时，本项目研究成果为实时任务可调度性分析问题的进一步研究奠定了坚实的理论基础。