Kurssin rakenne: yleiskuva Tosiaikajärjestelmät Luento 12: Kertaus. Tosiaikajärjestelmien luokittelu. Ohjausjärjestelmän malli.

Transkriptio

1 8 Tosaajärjstlmät Lunto : Krtaus Tna Nlandr Kvät 006 Kurssn rann: ylsuva... Johdanto (Lu -3) Jasollsuus ja jasotttavuus (Lu 7) Rsursst (Lu 8) Sanomn vuorotus vrossa (Lu ) Monrossst (Lu 9) Tosaattoannat RM & EDF (Lu -6) Mallnnus ja mttaamnn Luotttavuus ja turvallsuus RT-rotoolla (Lu osttan) Tosaaj:t (Lu osttan) Krtaus Tosaajärjstlmn luottlu Tosaajärj. { Kovat (hard) Phmät (soft) { { Ana tomva (fal oratonal) Ana turvallnn (fal saf) Suur saatavuus (hgh avalablty) Suur hys (hgh ntgrty) Lnnonohjaus Junn ohjaus, sm. Smafort Tlalvlut (uhlun vältys) Panalvlut r(t) Ohjausjärjstlmän mall A / D A / D y(t) r y Snsor ontrolln lasnta (t)=r(t)-y(t) Entttt Säätöysö D / A u(t) Atuaattor Joa jasolla mtataan uus arvo ja atsotaan una auana s on vrtaluarvosta. Sttn lastaan tarvttavat säädöt ja jattaan u r vrtaluarvo y mtattu arvo u säätöarvo t aa jasonumro Ajotus Jasollnn va jasoton Taahtuman suortusn syttämnn Kllo va rorttt Ahn va rlu Staattnn va dynaamnn WCET analyys RM Rat monotonc EDF -Earlst dadln frst Prorttn ääntymnn Käyttöast Thtävän uvaus Alotusaa r vao, aaväl, tlastollnn jaauma Suortusaa Suortusn sto vahtl utn alotusaa mnm ja masmsto [ -, + ] Jaso on lyhn ahdn työn alotusn välnn aa Vah φ J (φ,,,d) Thtävän nsmmäsn alotusn aa l φ = r,

2 Käyttöast U,u Krjan luvut -3: -3 Yhdn jasollsn thtävän äyttöast on Koo järjstlmän ta sn osan äyttöast (n taahtumaa) U = u = n = u = Ajotttava äyttöast vuorotusmntlmän rustlla lasttu järjstlmän äyttöast = n Luu : Tycal Ral-Tm Alcatons EI:... Mor comlx control-law com. EI:.3 Sgnal rocssng EI.. Multmda alcatons Muut alluvut: ylsästys asasta rttää Luu : Hard vrsus Soft Ral-Tm Systms Koonaan Luu 3: A Rfrnc Modl EI: 3. Prcdnc constrants and data dndncy EI: lsämatraala 3., 3.6.3, 3.6., 3.7. Kllo-ohjattu ajottamnn Khysn oo Staattnn tauluoohjann ajotus Tauluo yhdll hyrrodll, jota tosttaan Jasollnn ajotus Ajotusäätöst säännöllsn välajon Khys f (ahdn äätöshtn väl) Eäsäännöllnn työ jasollstn saan Slac Stalng Hyväsymststaus Alaraja Khystn määrä Yläraja f max ( ) n / f - / f 0 f syt (,f) D T T T3 Khysn oon määräämnn (sm ) 0 d 7 0 Hyrrod H = 0 Alaraja: f max(,, ) Koovahtohdot,,,0,0 Yläraja: f-syt(,f) D : f T3 jattava osn!,3, => f= Slac Stalng Jouston ähmntä Kunn hysn ssällä ajottaan jasottomat hysn vaaasn osaan jasollstn dll. Jos jasottoma ol, nn suorttaan jasollsa. T T T3 T T3 T T T T T T T3 T3 T3 T3 3

3 Prortttohjast ajotust Mntlmä Rat Monotonc Dadln Monotonc Earlst Dadln Frst Last Slac Frst Ajotttavuusanalyys Käyttöastn avulla Aavaatvuusanalyys Ajotttavuuststaus (EDF): Käyttöastn avulla Rttävä ja myös välttämätön hto EDF (ja LST) ajotusll: U EDF n = mn(, d) = HUOM: Jaajassa on joo jason tuus ta työn suhtllnn aaraja jason alusta Ajotttavuuststaus (RM) äyttöastn avulla Rttävä hto RM (ja DM) ajotusll on: URM n( / n Konsrvatvnn raja saadaan: lm n( n / n ) ) = ln w( t) Aavaatvuusanalyys = + = vodaan ajottaa, un w( t) t, jolln t d t, un 0 < t T (3,) T (,.) T3 (7,.) ja T (9,0.) Estymnn analyysn annalta Koramman rorttn työn vo stää van ys alm nnn sn ääsyä suortusn Jotn lsätään arvossa oramman rorttn työn suortusaaan almn stoaojn masm, nän yhdn työn sn stymsaa (blocng tm) on b( n) = max θ + n Kun työt järjsttty rortttn muaan ja on yhdn ston sto Aavaatvuusanalyys (RM) ja stymsaa Kuhunn työhön ohdstuva stymsaa vauttaa van shn tsnsä. S tul ss työn oman suortusajan lsäs tuohon aavaan. Koram rortttst työt syttävä työn van oman suortusnsa ajas. Snä nää tarastlla nhn ohdstuvaa stymstä HUOM. Työt jasontuudn muaan rortttjärj. t w () t = + b +, = aavälllä 0 < t mn ( D, ) 3

4 Ajotttavuusanalyys (EDF) ja stymsaa Koo thtäväjouo on ajotttavssa, jos mnään thtävän stymsaa ahuta oonasuorman äällä yluormtusta! Estäjänä vovat toma van työt, jodn suhtllnn aaraja on suurm. b U + mn, mssä U = ( ) D, mn( D ) n =, Ajotttavuusanalyys (EDF) ja stymsaa EDF:llä ajotttavll töll stymnn määrätään samon un ntän rorttn thtävll, mutta rortttna äyttään suhtllsta aarajaa D. Krjan torma 6.8: EDF sdulonnssa työ J (suht. aaraja (D ) vo stää työn J (suht. aaraja D ), van jos D > D J vo stää van, jos rorttt on nm, l un d >d Estääsn J :n tää olla jo suortusssa l r < r Molmmat äyhtälöt vovat ätä samanaasst van, un D > D Krjan luvut -6-6 Luu : Commonly Usd Aroachs EI:.6,.7.8. ja.9 tormoja (.,.) Luu : Cloc-Drvn Schdulng EI:..,.6.3,.8 Kuvssa ollta algortmja ysytä Luu 6: Prorty-Drvn Schdulng of Prodc Tasa EI: 6.3., 6.., 6..3, 6.6, EI: 6.7., 6.7.3, 6.7., 6.7. EI: 6.8., , Soradst ja äsäännöllst thtävät ja työt Hyväsymstst Jasollsa (ta jasottuva) alvlma Osa-aaalvln (dfrrabl srvr) Soradnn alvln Soradnn/tausta-ajo alvln 3 Hyväsymstst soradsll töll Thdään vuorotus nnn suortusta Tarvtaan: nyynn ajotus ja tödn aramtrt Uudn työn aaraja ja masmsuortusaa S(d,) Jos järjstlmästä löytyy rttäväst vaaata aaa σ nnn aarajaa, työ vodaan hyväsyä l σ c (t,l), mssä t on saaumsaa ja l vmnn hyt hys <d Jos samanaasst usta saauja, ästllään n aarajan muasssa (EDF) järjstysssä Hyväsymststn algortm Ensmmänn vah: Rttävätö tyhjät aajasot suorttamsn Tonn vah: c ( t,l) = ( t,l) - ( ) d d Myöhästysö jou jo hyväsytty soradnn työ, jona taaraja tämän jäln? 0 σ, = σ

5 Järjstlmämall Kuva 7- Osa-aaalvln (Dfrrabl Srvr): Kulutus- ja täydnnyssäännöt Kulutussääntö (Consumton Rul): Palvlmn suortusaaa uluu ys ysö utan suortttua aaysöä oht Täydnnyssääntö (Rlnshmnt Rul): Palvlmn suortusaa alauttaan masmn ana unn suortusjason alus l budjts asttaan s ana llon ollssa s, =0,,,... Huom: suortusaaa vo säästää suraavaan jasoon Osa-aaalvln: Aavaatvuusanalyys (RM) Kaavassa huomotu stoaa b ja osaaaalvlmn ahuttama stymnn: w( t) s = + b + s + s + s = un 0 < t t t, Ajotttavuustst (EDF) Jasollnn thtävä T on ajotttavssa EDFmntlmällä järjstlmässä, jossa on n rumatonta sytttävää jasollsta thtävää ja osa-aaalvln, jona jaso on s, suortusntö s ja äyttöast u s, jos = s s + us + mn( d, ) d Oltus: osa-aaalvlmn rorttt on suurn ja jason tuus ss nn Jasollst työt osa-aaalvln (Krjan Torma 7.3) Soradnn alvln: ulutus Kntötä uluu ys ysö r aaysö, un joo alvln on suortusssa ta alvln on ollut jossan vahssa suortusssa dllsn täydnnyshtn (t r ) jäln ja alvlmlla on dlln tötä suortusjonossa Mäl umaan hto täyty, nn ntötä ulu HUOM: Kntötä ss uluttaan, vaa alvln suorttasaan mtään thtävää. Soradnn alvln: täydnnys Alus (ja ana täydnnttässä) ntö = s ja t r = nyyht Ajanhtllä t f, un alvln saa nsmmäsn rran suortusvuoron täydnnysn jäln jos alvln odott oramman rorttn tötä, nn suraava täydnnysht sälyy t r + s jos alvln ol vaaa, nn täydnnyshtä srrtään stn, ttä uus ht on t f + s, un t r < t f Normaaljasojn ulouollla täydnnys thdään, jos Koramman rorttn työt ovat ollt suortusssa oo jason s, nn täydnnys thdään ht ntön tyhjnnyttyä Jos oo järjstlmä ol jason aana tyhjääynnllä ajanhtn t b ast, nn täydnnys thdään htllä mn(t + s, t b )

6 Soradstn tödn hyväsyms-tst un äytössä EDF -vuorotus Ensmmänn saauva työ S(t, d, ) hyväsytään, jos /(d-t) -, mssä on an soradstn tödn sallttu yhtnn masmthys HUOM: d jaaa aaväln ahtn osaan I ja I. I :n thys on /(d-t) ja I :n 0. Ylnn taaus: järjstlmässä on jo n s ammn hyväsyttyä työtä.työ hyväsytään, jos /(d-t) + -, all =,...,l, mssä l on sn aaväln nds, johon d uuluu Jattujn rsurssn äyttö Prorttn ääntymnn Kääntymsn välttämnn Irrottamattomat rttst alut Prorttn rntä (Prorty Inhrtanc Protocol). Prortttatto (Prorty Clng Protocol) Kattororttt (Clng Prorty) Prorttn ääntymnn (Prorty nvrson) Irrottamattomat rttst alut (nonrmtv crtcal sctons, NPCS) Suorttaan van stä thtävää, joa äyttää jotan jattua rsurssa, muut odottavat Kormman rorttn masmodotus stää mudn smmän yhtnäsn rttsn alun suortusn ajan b( rc) = max ( c) + n Prorttn rntä Ida: Jos taahtuma T stää (blocs) yhdn ta usamman oram rortttsn taahtuman tnmsn, taahtuma T r välaasst ormman sttyn taahtuman rorttn. Hyödyt Estää rorttltaan stasoa olvan taahtuman syttämästä taahtumaa T. Hatat Prorttn rntä vo ahuttaa luuman Lnttty odotus (chand blocng) Ida Prortttatto Joasll rsurssll asttaan rortttatto (R ) yhtä suurs un sn ormman taahtuman rorttt, joa tarvts tätä rsurssa ja ss saa luta rsurssn. Taahtuma T saa srtyä rttsll alull ja varata rsurssn van, jos sn rorttt on oram un an mudn samanaastn taahtumn sllä htllä varaamn rsurssn rortttatot (t). Jos taahtuma T stää yhdn ta usamman oram rortttsn taahtuman, s välaasst r ormman sttyn taahtuman rorttn. 6

7 Estymnn ja rorttn rntä sä rortttatto Van almman rorttn työ vo stää rsursslalun autta. Ss tauluosta Es tarvts täyttää vasnta alaolmota. Työn masmstymsaa on stä vastaavan rvn masmarvo. Estävät (alm ro) työt muodostavat sarat. Työ vo Estää suoraan un s lal samasta rsursssta Estää rorttn rnnällä un s varausn autta r ylmmän rorttn Tauluon täyttämnn: Vasn osa (Suoraan) nämä omtaan tdosta Oa osa (Prnnällä) vodaan äätllä vasmman saran rustlla Job J J J3 J J J6 Estymnn ja rorttn rntä sä rortttatto rtt. alut [X;0] [Y;] [X;6 [Y;]] [Y;] [Z;][X;] J J J3 J Es J J J3 J J X Y Z Estää suoraan J J3 6 J J6 J J J6 Prorttn rnnällä J J3 6 J J J6 HUOM: J3 äyttää X ja Y rsurssja yhtä aaa, un J6 äyttää Z ja X rsurssja rään. (Katso haasuluja) Kattororttt (Clng- Prorty) Tom utn norustann attoror. Vuorotussääntö Työtä suorttaan sn aluräsllä rorttlla, jos työ ol varannut mtään rsurssa. Saman ron työt FIFO-raattlla Mnätahansa rsurssn varannn työn tla. rorttt on yhtä suur un sn varaamn rsurssn suurn attororttt Varaussääntö Suortusssa olva työ vo ana varata yytämänsä rsurssn Irrotustn atto Ammat mntlmät (rorttn rntä, rorttn atto ja attororttt) sovltuvat arhatn ntll rorttll Käyttään rrottamsa rortttn sjaan Taustana Koramman rorttn työ vo haluta matalamman varaamaa rsurssa van, jos s saa rrottaa suortusssa olvan matalamman Ttyll dynaamsta rorttta äyttävll järjstlmll (sm. taarajohn rustuvat) on mahdollsta tuätn slvttää jasollstn tödn mahdollst rrotustlantt. Irrotustn atto Vuorotus ja rntäsäännöt utn rorttn atto mntlmässä Varaussäännöt Pyydtty rsurss on varattuna, työ odottaa Rsurss on vaaa Työ saa rsurssn, jos työn rrotustaso (t) on oram un snhtnn rrotusatto (t) Jos työn rrotustaso ol oram, mutta työllä on jo hallussaan rsurss, jona rrotusatto on yhtäsuur un (t), nn työ saa rsurssn, muutn joutuu odottamaan Krjan luvut Luu 7: Schdulng Arodc and Soradc Jobs n Prorty-Drvn Systms E SSL srvrs (luvun 7.3. osa) EI: 7.., 7.., 7..3, 7... EI: 7., 7.6, 7.7., EI: 7.8., 7.9 Luu 8: Rsourcs and Rsourc Accss Control EI: 8.7.3, 8.9, 8.0 7

8 Monrosssorjärjstlmät Kas vahtohtosta malla: Päästä-äähän (työ vahtaa rosssora) Etäsuortusa (työ yhdssä aassa, mutta vo yytää rsurssja tlaässt muualta) Tödn sjottlu rosssorll RMFF - Rat-Monotonc Frst Ft RMST - Rat-Monotonc Small Tass Prosssorn aallnn vuorotusmansm Globaal synronont 9 RMFF algortm Frst Ft muunnlma Rat-monotonc ajotus rosssorlla Käyttään loron oon ylärajana RM:n taraa ylärajaa u + U n( / n ) Järjsttään työt jason tuusn rustlla: Lyhmmät nsn Tämä on lnjassa RM:n rorsonnn muaan RMST algortm Rat-Monotonc Small Tass (RMST) Hyödyntää RM:n äyttäytymstä harmoonstn jasojn anssa. Kun thtävn jasojn tuudt lyhmmän monrtoja, nn äyttöastn masm asvaa mrttäväst (joa yösn) Työt sjotllaan jasontuudsta lastun arvon X määräämässä suuruusjärjstysssä X = log log RMST algortm Ajotttavuushto rosssorll on Työt ovat sjotltavssa m:ll rosssorll, jos työuormasta lasttu äyttöast on nm un U RMST ( ln, ζ ln), mssä = max X l mn X l u + U max ζ ( m ) ( umax ) + ln, un > = m mssä u max on tödn suurn ysttänn äyttöast Tosaann ttolnn Sanomn uljtus äästä äähän Taataan uljtusaa hysll Käyttään WCET arvota Lähtttävänä sanoman valnta (yhtystasolla) WFQ (Wghtd Far-Quung) Dlay Earlst-Du-Dat (D-EDD) Jttrd-EDD Lähttävän onn valnta (fyysnn taso) CSMA/CD (carrr sns multl accss / collson dtcton) sm. Ethrnt TDMA (tm dvson multl accss) 7 WFQ vuorotusraat Pyr taaamaan ulln atvsll yhtydll sll luvatun suhtllsn osuudn lnn aasttsta Yhtysn saauvll ja tnän lähtvll atll lastaan lotusnumrota. Patt lähttään nädn numrodn muasssa (EDF) järjstysssä. Lotusnumro asvaa yhtydn suhtllsn osuudn muasst. 8

9 WFQ: Lotusnumron (fn) lasmnn ) Tyhjään lnn saauva (yhtydn ) nsmmänn att: t - = t; U b += u ; fn += /u ; ) Suraavat att (un ln on rnn) Yhtydn nsmmänn att Lnn lasur FN += (t- t - )/ U b fn = max(fn, fn ) + /u ; ja SFN-jonoon (fn,) t - = t; U b += u ; 3) Yhtydn atn lähtys äätty Lsää yhtydn attja jonossa fn += /u ja SFN-jonoon (fn,) E tällä htllä lsää attja :ssä ( -> dl) Lnn lasur FN += (t- t - )/ U b t - = t; U b -= u ; Dlay Earlst-Du-Dat (D- EDD) Prustuu EDF:ään Päästä-äähän yhtydn muodostusssa yhdn atn uljttamsn äytttävssä olva aa jataan lnn sn, un ln saa vähntään tarvtsmansa mnmn. Saauvat vstt jasottaan suhtllsn saaumsaansa muasst. (Nän sttään varattua laajm astan äyttö) Mustuttaa soradsn alvlmn rostaausta D-EDD: yhtydn muodostus Lähttäjä t alottn. S lähttää rqust-forconncton -vstn, jossa uvataan tulva lnn (, D ) Joann matall osuva ytn (swtch) Hyväsymsäätös ja alustava aasttnvaraus Vastaanottaja tarstaa rtn lvollsuudn Kun yhtys vodaan muodostaa, vastaanottaja määrää ytmn aallsn aarajat (jaaa ylmääräsn ajan) Paluuvststä ytmt omvat uudt aarajansa, tvät ysyvät varaust D-EDD: Pattn ästtly Vuonvalvonta on sstä. EDF slvä yluormasta, jotn stä saa syntyä. Saauvan atn aallsta aarajaa lasta todllssta saaumsajasta vaan ns. ftvstä saaumsajasta a, j = max ( a, j +, a, j) Paallnn aaraja on ss Jttr-EDD Jttr-EDD on D-EDD:n muunnlma, jossa nnntään sanoman uluajan varaatota. D-EDD:ssä tuo vahtlu on varsn suur, joa = ( D, ) j Jttr-EDD ol yhtä ahn. Sanomaa välttämättä ana lähttä ht un votasn. Lähtyshtn väl yrtään vaomaan. J-EDD: tomnta Yhtydn muodostus utn D-EDD Patn ästtly: Vahtlun tasottamss lähtttävään attn lsätään tto ahad-tm l una aljon s on tuajassa suhtssa aarajaansa. Saauvall atll lastaan lähtysaa (rady tm), jollon vasta s lattaan lähtysjonoon (D- EDD latto jonoon ht) r, j = max( a, j, a, j + ah, j ) 9

10 WRR (Wghtd Round-Robn) Kustan saauvasta yhtydstä lähttään yhdllä rroslla orntaan mas. sanoma tnän Oltust: E globaala lloa ta aarajan muaan järjstttyä jonoa E thtävn (ta tödn) välsä ruvuusa Yhtysllä on vaotaht (constant bt rat) Datavrtaa (mssag stram) uvataan (,,D ) ja D utn nnnn, mutta on nyt vstn määrä yhdllä rroslla (nstanc) Grdy-WRR Kullan yhtydllä on ano wt Yhdn rrosn ulussa yhtydn vststä lähttään dlln orntaan wt aaltta Yhtydt ästllään vuorotlln (stä RR) ja a anon muaan mahtuvat vstt lähttään dlln Krrosn masmtuus RL on ntä RL n = wt wt RL < mn( ) RL / Yhtnvto Prortttohjasa äytäntöjä Prformanc Masurs Acctanc Tst Schd. Comlxty End-to-nd dlay bound End-to-nd jttr Buffr-sac rqurm. WFQ O() O(n) E/u+ (+) const const Dlay- EDD O() O(logn) D const const Jttr- EDD O() O(logn) D const const Tosaaäyttöjärjstlmät Palvluja: Prossst, sät Aaalvlut POSIX Host / targt ohjlmahtys Esmrjä VxWors LynxOS QNX RT-Lnux Krjan luvut 9-9- Kursso Luu 9: Multrocssor Schdulng VAIN ( s ) Luu 0:EI Luu : Ral-Tm Communcaton VAIN...3. (s.0 7) Luu : Oratng Systms EI:.,.,.7. Ma 8.. lo 6.00 Exactum A Vahtohtosta aaa järjsttä lln saa slätä rllstä yyntöä! Kossa Sä lasuharjotustn altasa ttä toraanottsma thtävä 0