Chap. II: Ordonnancement Monoprocesseur UAE De Tâches ......UAE A. Moussa 3 -Ordonnancement Taches...

UAE

A. Moussa

OutLine

I. Introduction

II. Modèle canonique

III. Nature et propriétés des algorithmes d’ordonnancement

IV. Approche cyclique

V. Algorithme en ligne à priorité fixe

VI. Analyse du temps de réponse

VII. Algorithme en ligne à priorité variable

VIII. Prise en compte des tâches apériodiques

Chap. II: Ordonnancement Monoprocesseur

De Tâches Indépendantes

UAE

A. Moussa

I. Introduction

2

-Priorité

La priorité d’une tâche est une métrique qui caractérise son

importance.

Plus la tâche est importante et critique du point de vue temporel,

plus la priorité qu’on lui assigne est élevée.

- Les priorités des tâches peuvent être:

• statiques (les priorités sont fixes, ne changent pas de valeur

pendant

l’exécution de l’application).

• dynamiques (les priorités peuvent changer pendant l’exécution

de l’application).



UAE

A. Moussa 3

-Ordonnancement

Taches temps reel soumises a des contraintes de temps, plus ou

moins strictes

➢ instant de demarrage

➢ instant de fin

➢ absolus ou relatifs a d'autres taches

● le but de l'ordonnancement est de permettre le respect

de

ces contraintes, lorsque l'execution se produit dans un mode

courant

● il doit permettre de borner les effets d'incidents ou de

surcharges



I. Introduction

UAE

A. Moussa 4



II. Modèle canonique d’une tâche

r : date de réveil, moment du déclenchement de la 1ere requête

d'exécution

C : durée d'exécution maximale (capacité)

D : délai critique, délai maximum acceptable pour son execution

P : periode (si tache periodique)

d = r+D : échéance (si tache a contraintes strictes)

tache periodique : r(k) = r0 + k*P, si D = P, tâche à échéance sur

requête

UAE

A. Moussa 5




● Parametres statiques

➢ U = C/P : facteur d'utilisation du processeur

➢ CH = C/D : facteur de charge du processeur

● Paramètres dynamiques

➢ s : date du debut de l'execution

➢ e : date de la fin de l'execution

➢ D(t) = d-t : delai critique residuel a la date t (0 ≤ D(t) ≤ D)

➢ C(t) : duree d'execution residuelle a la date t (0 ≤ C(t) ≤ C)

➢ L(t) = D(t) - C(t) : laxite nominale residuelle

➢ TR = e - r : temps de reponse de la tache

➢ CH(t) = C(t)/D(t) : charge residuelle (0 ≤ CH(t) ≤ C/P)

UAE

A. Moussa 6




● Caractéristiques de la tâche

- preemptibles ou non

- dépendance ou indépendance

➢ ordre partiel prédéterminé ou induit

➢ partage de ressources

- priorité externe

➢ ordonnancement hors ligne determine a la

conception

-gigue (jitter) maximale

➢ variation entre la requête et le début de

l'exécution

- urgence ↔échéance

- importance

UAE

A. Moussa 7




- configuration : ensemble de n taches mises en jeu par

l'application

- intervalle d'etude : intervalle de temps minimum pour

prouver l'ordonnancabilite d'une configuration

)rmin( i0

)()max( 0 ii PPPCMr

)(2),max( 00 ijji PPPCMRrr

TP

TA

L’objectif est de piloter l'application TR avec 2 objectifs majeurs :

➢ en fonctionnement nominal : respect des contraintes temporelles

➢ en fonctionnement anormal (par exemple pannes matérielles) : atténuer les

effets des surcharges et maintenir un état cohérent et sécuritaire

● ordonnancer = planifier l‘éxecution des requêtes de façon à respecter les

contraintes de temps

UAE

A. Moussa 8




1. Types d’algorithmes d’ordonnancement:

● en ligne ou hors ligne

➢ choix dynamique ou predefini a la conception

● préemptif ou non preemptif

➢ une tache peut perdre le processeur (au profit

d'une tache plus prioritaire) ou non

➢ algorithme préemptif toutes les ⇔ taches

preemptibles

● strategie du meilleur effort ou inclémence

➢ en TR mou, meilleur effort = faire au mieux avec

les processeurs disponibles

➢ en TR dur, obligation des respecter les contraintes

temporelles : inclemence aux fautes temporelles

● centralise ou reparti

UAE

A. Moussa 9

2. Approches Classiques

a- premier arrivé, premier servi

Exemple T1(C1=3); T2(C2=4); T3(C3=1); T4(C4=6)

b- Tourniquet Roubin-Round

Même Exemple

c- Avantages et Inconvénients de l’approche

Avantages :

– Pas besoin de sections critiques à gérer car chaque

processus a son propre espace d’adresse

Inconvénients :

– Chaque période de processus doit être un multiple du

cycle mineur

– Difficulté à introduire des tâches sporadiques

– Difficulté à trouver l’ordonnancement optimal qui

maximise l’utilisation du CPU




UAE

A. Moussa 10

IV. Algorithmes à Priorité Constante



1. Rate Monotonic (RM)

Cet algorithme attribue une priorité constante fonction de la

période de la tâche, de telle sorte que la tâche de plus petite

période est la tâche la plus prioritaire.

Condition suffisante

(Liu and Layland)

Quand N -> ∞ le terme de droite tend vers 69.3%

dans la pratique, on peut rencontrer des ordonnancements valides qui vont

jusqu'a 88%

● on peut montrer que RMA est un algorithme ≪ optimal ≫ :

➢ une configuration qui ne peut pas être ordonnancée par RMA ne pourra pas

être ordonnancée par un autre algorithme a priorité fixe

UAE

A. Moussa 11




1. Rate Monotonic (RM): Exemple

T1(C1=3, P1=20)

T2(C2=2, P2=5)

T3(C3=2, P3=10)

UAE

A. Moussa 12

Exemple 2

T1(C1=6, P1=25)

T2(C2=5, P2=20)

T3(C3=5, P3=15)

Exemple 3

T1(C1=8, P1=16)

T2(C2=2, P2=8)

T3(C3=1, P3=4)

Vérifier l’hypothèse de Liu and Layland et donner

une solution pour l’ordonnancement




1. Rate Monotonic (RM): Exemple

UAE

A. Moussa 13

Cet algorithme attribue une priorité constante, fonction du

délai critique de la tâche, telle que la tâche de plus petit délai

critique est la tâche la plus prioritaire

Condition suffisante

T1 (r1 = 0, C1 = 3, R1 = 7, P1 = 10)

T2 (r2 = 1, C2 = 3, R2 = 4, P2 = 5).




2. Deadline Monotonic (DM)

UAE

A. Moussa 14

- Motivations

- Le test d’ordonnancement est imprécis

- Difficile à généraliser pour un modèle de processus plus

général

- Applications

pour tous les ordonnancements à priorité statique, quel que soit

l’assignation des priorités (RM, DM, autre)

- Principe

- Calcul du temps de réponse Ri de chaque tâche à son instant

critique (calcul itératif) et Vérification pour tout i que Ri ≤ Di

- Méthode de calcul du Temps de Réponse




3. Analyse du temps de réponse

UAE

A. Moussa 15

Méthode de calcul du Temps de Réponse




3. Analyse du temps de réponse

UAE

A. Moussa 16




3. Analyse du temps de réponse: Exemple

UAE

A. Moussa 17

1. Earlest Deadline

Il s’agit d’une politique mise à jour du deadline après chaque tick

d’horloge. La plus grande (petite) priorité est assignée à la tâche

qui a le plus petit (grand) deadline non nul. La tâche la plus

prioritaire est ensuite choisie pour être exécutée.



IV. Algorithmes à Priorité Variable ou Dynamique

test d'acceptabilité

➢ condition nécessaire :

➢ condition suffisante:

● on peut montrer que EDF est un algorithme optimal pour

les algorithmes a priorite dynamique

UAE

A. Moussa 18

1. Earlest Deadline: Exemple




T1 (r = 0, C=3, , D=7, P=20),

T2 (r = 0, C=2, D=4, P=5),

T3 (r = 0, C=2, D=8, P=10)

UAE

A. Moussa 19

2. Least Laxity




C’est un algorithme a priorite variable

● aussi appele Least Slack Time (LST)

● base sur la laxité résiduelle

➢ la priorité maximale est donnée à la tâche qui a la plus

petite laxité résiduelle L(t) = D(t) – C(t)

● équivalent a EDF si on ne calcule la laxité qu'au réveil des

taches

● optimum a trouver entre la granularité du calcul et le

nombre de changements de contexte provoques

UAE

A. Moussa 20

2. Least Laxity : Exemple




T1 (r = 0, C=3, , D=7, P=20),

T2 (r = 0, C=2, D=4, P=5),

T3 (r = 0, C=2, D=8, P=10)

UAE

A. Moussa 21



VI. Taches apériodiques à contraintes relatives

1. Introduction taches prises en compte dans une configuration comprenant déjà des

taches périodiques critiques. les tâches apériodiques peuvent être critiques

(contrainte stricte) ou non (contrainte relative)

a priori, on ne connait pas l'instant d'arrivée de la requête de réveil de la

tache apériodique

- besoin d'une hypothèse sur le taux d'arrivée maximal des

requêtes

- les tâches apériodiques dont le taux d'arrivée est borné

supérieurement sont dites ≪ sporadiques ≫

✔la charge due aux taches apériodiques est bornée

✔ on peut garantir la réponse

● buts a atteindre :

➢ si contraintes relatives : minimiser le temps de réponse

➢ si contraintes strictes : maximiser le nombre de taches acceptées en

respectant leurs contraintes

● 2 grandes catégories de traitement

➢ traitement en arrière-plan

➢ traitement par serveurs

UAE

A. Moussa 22




2. Traitement d'arriere-plan

● taches apériodiques ordonnancées quand le processeur

est oisif

➢ les taches périodiques restent les plus prioritaires

(taches critiques)

● ordonnancement relatif des taches apériodiques en mode FIFO

● préemption des taches apériodiques par les taches périodiques

● traitement le plus simple, mais le moins performant

Exemple: ordonnancement RMA des taches periodiques

Tp1 (r0=0, C=2, P=5), Tp2 (r0=0, C=2, P=10)

Ta3 (r=3, C=2), Ta4 (r=10, C=1), Ta5 (r=11, C=2)

UAE

A. Moussa 23




2. Traitement d'arriere-plan

UAE

A. Moussa 24




3. Traitement par serveur

un serveur est une tache périodique créée spécialement

pour prendre en compte les tâches apériodiques

● Le serveur est caracterisé par

➢ sa periode

➢ son temps d'exécution : capacité du serveur

➢ Le serveur ordonnance suivant le même algorithme

que les autres taches périodiques (RMA)

➢ une fois actif, le serveur sert les taches apériodiques

dans la limite de sa capacité.

➢ l'ordre de traitement des taches apériodiques ne

dépend pas de l'algorithme général

UAE

A. Moussa 25




3. Traitement par serveur: Serveur par scrutation

Serveurs par scrutation (polling)

➢ a chaque activation, traitement des taches en suspens

jusqu'a épuisement de la capacité ou jusqu'a ce qu'il n'y ait

plus de taches en attente

➢ si aucune tache n'est en attente (a l'activation ou parce que

la dernière tache a été traitée) , le serveur se suspend

immédiatement et perd sa capacité qui peut être réutilisée

par les taches périodiques (amélioration du temps de

réponse)

UAE

A. Moussa 26





exemple de serveur par scrutation (ordonnancement RMA)

➢ 2 taches periodiques : Tp1 (r0=0, C=3, P=20) Tp2 (r0=0,

C=2, P=10), serveur : Tps (r0=0, C=2, P=5)

UAE

A. Moussa 27





exemple de serveur par scrutation (ordonnancement RMA)

➢ 2 taches periodiques : Tp1 (r0=0, C=3, P=20) Tp2 (r0=0,

C=2, P=10), serveur : Tps (r0=0, C=2, P=5)

➢ taches aperiodiques : Ta3 (r=4, C=2), Ta4 (r=10, C=1), Ta5

(r=11, C=2)

UAE

A. Moussa 28





limitations du serveur par scrutation

➢ perte de la capacité si aucune tâche apériodique en attente

➢ si occurrence d'une tache apériodique alors que le serveur

est suspendu, il faut attendre la requête suivante

UAE

A. Moussa 29



VII. Taches apériodiques à contraintes strictes

● les algorithmes précédents restent possibles, mais l’exécution

d'un test d'accéptance avant l'acceptation ou le rejet de la tache :

➢ suffisamment de temps CPU disponible (processeur oisif ou

capacité serveur disponible) avant l‘écheance de la tache

aperiodique

ordonnancer les taches en EDF

● A chaque nouvelle tache apériodique, faire tourner une

"routine de garantie" pour vérifier que toutes les contraintes

temporelles seront respectées

➢ si oui, accepter la tache.

➢ si non, refuser la tache.

● 2 politiques d'acceptation dynamique :

➢ acceptation dans les temps creux

➢ ordonnancement conjoint

● favoriser les taches périodiques

1. Introduction

UAE

A. Moussa 30




2. Acceptation dans les temps creux

● ordonnancement EDF des tâches périodiques

● les taches apériodiques acceptées sont ordonnancées dans

les temps creux des taches periodiques (~ méthode d'arriere -

plan) selon l'algorithme EDF

● routine de garantie (au réveil d'une tache apériodique):

➢ teste l'existence d'un temps creux suffisant entre le réveil et

l‘échéance de la tâche apériodique)

➢ vérifie que l'acceptation de la nouvelle tache ne remet pas

en cause le respect des contraintes temporelles des autres

taches apériodiques déjà acceptées et non encore terminées

➢ si OK, la tache est ajoutée a la liste des taches

aperiodiques

UAE

A. Moussa 31





exemple

➢ Tp1 (r0=0, C=3, D=7, P=20), Tp2 (r0=0, C=2, D=4, P=5),

Tp3 (r0=0, C=1, D=8, P=10)

➢ Ta4 (r=4, C=2, d=10), Ta5 (r=10, C=1, d=18), Ta6 (r=11, C=2, d=16)

UAE

A. Moussa 32





exemple

➢ Tp1 (r0=0, C=3, D=7, P=20), Tp2 (r0=0, C=2, D=4, P=5),

Tp3 (r0=0, C=1, D=8, P=10)

➢ Ta4 (r=4, C=2, d=10), Ta5 (r=10, C=2, d=18), Ta6 (r=11, C=2, d=16)

UAE

A. Moussa 33




3. Ordonnancement conjoint

a l'arrivée de chaque nouvelle tache apériodique, construction

d'une nouvelle séquence EDF:

➢ si la construction est possible : acceptation de la tache

➢ sinon rejet

exemple

➢ Tp1 (r0=0,

C=3, D=7, P=20),

Tp2 (r0=0, C=2,

D=4, P=5), Tp3

(r0=0, C=1, D=8,

P=10)

➢ Ta4 (r=4, C=2,

d=10), Ta5 (r=10,

C=1, d=18),

UAE

A. Moussa 34








➢ sinon rejet

exemple

➢ Tp1 (r0=0,

C=3, D=7, P=20),

Tp2 (r0=0, C=2,

D=4, P=5), Tp3

(r0=0, C=1, D=8,

P=10)

➢ Ta4 (r=4, C=2,

d=10), Ta5 (r=10,

C=1, d=18),

Ta6 (r=11, C=2,

d=16)

UAE

A. Moussa 35








➢ sinon rejet

exemple

➢ Tp1 (r0=0,

C=3, D=7, P=20),

Tp2 (r0=0, C=2,

D=4, P=5), Tp3

(r0=0, C=1, D=8,

P=10)

➢ Ta4 (r=4, C=2,

d=10), Ta5 (r=10,

C=2, d=18),

Ta6 (r=11, C=2,

d=16)

Chap. II: Ordonnancement Monoprocesseur UAE De Tâches ......UAE A. Moussa 3 -Ordonnancement Taches...

Documents

Transcript of Chap. II: Ordonnancement Monoprocesseur UAE De Tâches ......UAE A. Moussa 3 -Ordonnancement Taches...