实时系统的容错调度技术研究

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1、华中科技大学博士学位论文分类号学号532100200678604学校代码10487密级博士学位论文实时系统的容错调度技术研究学位申请人：周正勇学科专业：计算机软件与理论指导教师：庞丽萍教授阳富民教授答辩日期：2014年5月I万方数据华中科技大学博士学位论文ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofComputerScienceResearchontheReal-TimeFault-TolerantSchedulingPh.D.Ca

2、ndidate:ZhouZhengyongMajor:ComputerSoftwareandTheorySupervisor:Prof.PangLipingProf.YangFuminHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaMay,2014II万方数据华中科技大学博士学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对

3、本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在___年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月

4、日日期：年月日I万方数据华中科技大学博士学位论文摘要实时系统必须确保实时任务在规定的时间内完成，可调度判定是保证这个要求的形式化验证.可调度判定可使用处理器利用率、任务最坏响应时间和需求限制等多种手段，是实时调度的一个重要研究方向，可应用在多核调度,容错实时调度和节能调度。多核处理器是处理器的发展趋势。传统的实时任务使用串行任务模型，不能充分利用多核处理器并行处理的优势；并行实时任务周期内释放多个作业，多个作业可同时运行。针对基于有向无环图的实时任务模型，将任务释放的作业分解成有着优先约束的子作业并分析了子作业集的可调度性；根据结果给出在简单条件下

5、全局最早截止期优先和单调时限算法的可调度性判定的证明，并且采用资源增值界技术分析了两种判定条件的性能。实时系统需要保证系统的硬件或软件出现故障时实时任务仍可以继续运行并在截止期限内完成。采用容错技术可以有效的避免系统崩溃，某些空间有限的实时系统中，时间冗余是必然的选择。故障模型的变化对容错实时系统可调度性分析有着巨大的影响，这就需要对扩充甚至修改原有的可调度性分析和相应的调度算法，使其能更好地同时满足系统的实时性和可靠性。突发性故障模型描述了有限的时间段内系统受到持续的干扰的现象。针对这种故障模型下系统实时任务响应过程的特征,进行了基于任务最坏响应

6、时间的可调度性分析，针对突发性故障容错策略所存在的不足,提出了允许容错任务优先级变迁的策略，通过提高低优先级任务的容错优先级来保证出错的任务满足截止期限的要求；来提高系统的容错能力.设计并实现了在这种策略下容错优先级变迁因子的搜索算法。通过研究分析和实验验证，能够有效地提高容错实时系统的容错能力。检查点恢复相比重新执行故障恢复时间要短，但是会增加检查点建立的时间开销。针对突发性故障模型下硬实时任务，分析了基于检查点恢复机制的任务响应过II万方数据华中科技大学博士学位论文程，给出了最坏响应时间计算公式。检查点数量的增长对任务最坏响应时间的影响有，基于

7、这一原因，提出并证明了任务的最优检查点设置策略。并这个基础上分析了容错优先级改变策略来进一步提高系统的容错能力。动态电压缩放技术是降低处理器功耗最有效的手段，但会延长实时任务执行时间，对实时性和可靠性有负面影响。针对离散处理机频率模型，分析了处理器频率变化对任务执行和容错恢复过程的影响，给出了最大期望能耗，设计并实现一种任务集最佳频率配置因子的搜索算法使其能够在有效地降低系统能耗的同时能够满足系统的容错能力。使用处理器的真实参数进行了大量的模拟实验，验证算法的可行性和有效性。关键词：硬实时，容错，可调度性分析，容错优先级，动态电压调整III万方数据

8、华中科技大学博士学位论文AbstractSchedulabilityanalysisisanimportantresear