본 논문에서는 real-time환경에서 abnormal task를 자동 검출하여 시스템 overload 및 오 동작을 사전에 검출할 수 있는 방안을 제안한다. 본 논문에서 제안한 방안은 context switching이 발생하는 시점에서 각task들의 cpu 점유율 및 context switching 횟수를 분석하여 비정상적으로 높은 cpu 점유율을 가지는 task와 과도한 context switching을 일으켜 시스템에 overload를 주는 task들을 자동으로 검출한다. 이들 이용하여 신뢰성 있는 real-time시스템 설계 및 구현을 지원할 수 있다.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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제4권5호
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pp.601-614
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2006
In this paper, a study on task assignment strategies for a complex real-time network system is presented. Firstly, two task assignment strategies are proposed to improve previous strategies. The proposed strategies assign tasks with meeting end-to-end real-time constraints, and also with optimizing system utilization through period modulation of the tasks. Consequently, the strategies aim at the optimizationto optimize of system performance with while still meeting real-time constraints. The proposed task assignment strategies are devised using the genetic algorithmswith heuristic real-time constraints in the generation of new populations. The strategies are differentiated by the optimization method of the two objectives-meeting end-to-end real-time constraints and optimizing system utilization: the first one has sequential genetic algorithm routines for the objectives, and the second one has one multiple objective genetic algorithm routine to find a Pareto solution. Secondly, the performances of the proposed strategies and a well-known existing task assignment strategy using the BnB(Branch and Bound) optimization are compared with one other through some simulation tests. Through the comparison of the simulation results, the most adequate task assignment strategies are proposed for some as system requirements-: the optimization of system utilization, the maximization of running tasktasks, and the minimization of the number of network node nodesnumber for a network system.
Real-time systems perform periodic tasks and real-time aperiodic tasks such as alarm processing. Especially the periodic tasks included in control systems such as robots have precedence relationships among them. This paper proposes a new scheduling algorithm based on topological sort and residual time. The precedence relationships among periodic tasks are translated to the priorities of the tasks using topological sort algorithm. During the execution of the system the proposed scheduling algorithm decides on whether or not a newly arrived real-time aperiodic task is accepted based on residual time whenever the aperiodic task such as alarm is arrived. The proposed algorithm is validated using examples.
This paper presents an optimal checkpoint strategy for fault-tolerance in real-time systems. In our environment, multiple real-time tasks with arbitrary periods are scheduled in the system by Rate Monotonic (RM) algorithm, and checkpoints are inserted at a constant interval in each task while the width of interval is different with respect to the task. We propose a method to determine the optimal checkpoint interval for each task so that the probability of completing all the tasks is maximized. Whenever a fault occurs to a checkpoint interval of a task, the execution time of the task would be prolonged by rollback and re-execution of checkpoints. Our scheme includes the schedulability test to examine whether a task can be completed with an extended execution time. A numerical experiment is conducted to demonstrate the applicability of the proposed scheme.
It is a real-time system that the system correctness depends not only on the correctness of the logical result of the computation but also on the result delivery time. Real-time Operating System (RTOS) is a software that manages the time of a microprocessor to ensure that the most important code runs first so that it is a good building block to design the real-time system. The real-time performance is achieved by using real-time mechanisms through data communication and synchronization of inter-task communication (ITC) between tasks. Therefore, test on the response time of real-time mechanisms is a good measure to predict the performance of real-time systems. This paper aims to analysis the response characteristics of real-time mechanisms in kernel space for real-time embedded Linux: RTAI and Xenomai. The performance evaluations of real-time mechanism depending on the changes of task periods are conducted. Test metrics are jitter of periodic tasks and response time of real-time mechanisms including semaphore, real-time FIFO, Mailbox and Message queue. The periodicity of tasks is relatively consistent for Xenomai but RTAI reveals smaller jitter as an average result. As for real-time mechanisms, semaphore and message transfer mechanism of Xenomai has a superior response to estimate deterministic real-time task execution. But real-time FIFO in RTAI shows faster response. The results are promising to estimate deterministic real-time task execution in implementing real-time systems using real-time embedded Linux.
The real time scheduling is a key research area in high performance computing and has been a source of challenging problems. A periodic task is an infinite sequence of task instance where each job of a task comes in a regular period. The RMS (Rate Monotonic Scheduling) algorithm has the advantage of a strong theoretical foundation and holds out the promise of reducing the need for exhaustive testing of the scheduling. Many real-time systems built in the past based their scheduling on the Cyclic Executive Model because it produces predictable schedules which facilitate exhaustive testing. In this work we propose hybrid scheduling method which combines features of both of these scheduling algorithms. The original rate monotonic scheduling algorithm didn't consider the uniform sampling tasks in the real time systems. We have enumerated some issues when the RMS is applied to our hybrid scheduling method. We found the scheduling bound for the hard real-time systems which include the uniform sampling tasks. The suggested hybrid scheduling algorithm turns out to have some advantages from the point of view of the real time system designer, and is particularly useful in the context of large critical systems. Our algorithm can be useful for real time system designer who must guarantee the hard real time tasks.
In this paper, the task assignment strategy considering communication delay and the priority of distributed tasks is proposed for the real-time network system in order to maximize the utilization of the system. For the task assignment strategy, the relationship among priority of tasks in network nodes, the calculation time of each task, and the end-to-end response time including the network delay is formulated firstly. Then, the task assignment strategy using the genetic algorithm is proposed to optimize the utilization of the system considering the LCM(Least Common Multiple) period. The effectiveness of proposed strategy is proven by the simulation for estimating the performance such as the utilization and the response time of the system in case of changing the number of tasks and the number of network nodes.
For a system with multiple real-time tasks of different deadlines, it is very difficult to find the optimal checkpoint interval because of the complexity in considering the scheduling of tasks. In this paper, we determine the optimal checkpoint interval for multiple real-time tasks that are scheduled by RM(Rate Monotonic) algorithm. Faults are assumed to occur with Poisson distribution. Checkpoints are inserted in the execution of task with equal distance in the same task, but different distances in other tasks. When faults occur, rollback to the latest checkpoint and re-execute task after the checkpoint. We derive the equation of maximum slack time for each task, and determine the number of re-executable checkpoint intervals for fault recovery. The equation to check the schedulibility of tasks is also derived. Based on these equations, we find the probability of all tasks executed within their deadlines successfully. Checkpoint intervals which make the probability maximum is the optimal.
실시간으로 데이터를 획득하고 평가하는 것이 중요한 군용 점검 장비와 같은 시스템에서는 운영체제 레벨에서 실시간 처리가 가능해야 한다. 기술의 발전으로 기존 장비를 휴대용 단말로 대체하려는 요구가 있으나, 안드로이드가 적용된 휴대용 단말은 실시간성이 요구되는 시스템에 적합하지 않다. 안드로이드에서는 가비지 컬렉션을 통해 가용 메모리를 확보하는데, 이 작업이 수행되는 동안 다른 태스크가 중단되어 특정 태스크의 주기성을 보장할 수 없다. 본 논문에서는 이를 해결하기 위해 안드로이드의 가비지 컬렉션 실행을 제어하는 구조를 설계 및 구현하였다. 실시간 작업이 필요한 시간 동안 가비지 컬렉션을 제어하여 실시간 성능을 보장하며, 안드로이드에 실시간 성능 보장을 위한 RTiK을 적용하였다. 성능 평가를 위해 5ms 주기 태스크의 호출 주기를 측정하였으며, 제어 이전에는 태스크의 34.31%만 주기가 보장되었으나, 제어를 통해 98.18%의 태스크 주기가 만족되어 안드로이드에 실시간성을 제공하였다.
리눅스는 범용 운영체제로써 다양한 스케줄러를 지원하며, 서로 다른 스케줄러가 런타임 시에 혼재하는 상황을 허용한다. 또한, 리눅스는 Control Group(cgroup)을 활용하여 데드라인 스케줄러(SCHED_DEADLINE)를 제외한 실시간(SCHED_FIFO, SCHED_RR) 및 비실시간(SCHED_NORMAL) 스케줄러 정책을 따르는 태스크들에 대해서 그룹 단위의 CPU 자원 예약을 지원한다. cgroup은 스케줄링 가능성 분석을 수행하여 예약된 CPU 자원을 최대한 보장하려고 한다. 하지만 현재 리눅스의 실시간 태스크 그룹에 대한 스케줄링 가능성 분석은 데드라인 태스크와 실시간 태스크를 구분하지 못하는 문제에 의해서 두 스케줄러를 사용하는 태스크가 혼재할 때 실시간 태스크 그룹의 자원예약을 거부하는 경우가 발생한다. 본 논문은 리눅스 cgroup의 실시간 태스크 그룹에 대한 스케줄링 가능성 분석에서 발생하는 문제를 분석하고, 이를 해결하는 커널 패치를 제안한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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