THÈSE DE DOCTORAT Ecole Doctorale « Sciences et ...

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  • N DORDRE

    THSE DE DOCTORAT

    SPECIALITE : PHYSIQUE

    Ecole Doctorale Sciences et Technologies de lInformation des Tlcommunications et des Systmes

    Prsente par : Patrick MEUMEU YOMSI

    Sujet :

    PRISE EN COMPTE DU COT EXACT DE LA PREMPTION DANS

    LORDONNANCEMENT TEMPS REL MONOPROCESSEUR AVEC CONTRAINTES

    MULTIPLES

    .

    Soutenue le 02 Avril 2009 devant les membres du jury :

    M. Alain Mrigot Prsident

    Mme Maryline Silly-Chetto Rapporteurs

    M. Ye-Qiong Song

    M. Laurent George Examinateurs

    M. Jol Goossens

    M. Yves Sorel

  • Directeur de thse : Yves SorelDirecteur de Recherche, INRIA

    Quest ce quune ide ?Cest une image qui se peint dans mon cerveau

    (Voltaire)

    Les travaux prsents dans cette thse ont t finan-cs par une bourse INRIA, Institut National de Re-cherche en Informatique et Automatique.

  • Remerciements

    Soyons reconnaissants aux personnes qui nous donnent

    du bonheur ; elles sont les charmants jardiniers

    par qui nos mes sont fleuries.

    Marcel Proust

    Le temps met tout

    en lumire.

    Thals

    Le seul moyen de se dlivrer dune tentation, cest dy cder parat-il ! Alors jy cdeen disant en grand Merci aux personnes qui ont cru en moi et qui mont permis darriverau bout de cette thse.

    Je tiens exprimer mes plus vifs remerciements Yves Sorel qui fut pour moi undirecteur de thse attentif et disponible malgr ses nombreuses charges. Sa comptence,sa rigueur scientifique et sa clairvoyance mont beaucoup appris. Ils ont t et resterontdes moteurs de mon travail de chercheur.

    Jexprime tous mes remerciements lensemble des membres de mon jury : MadameMaryline Silly-Chetto et Messieurs Ye-Qiong Song, AlainMrigot, Laurent George, JolGoossens et Yves Sorel.

    Jadresse toute ma gratitude tous mes ami(e)s et toutes les personnes qui montaid dans la ralisation de ce travail. Je remercie Madame Sophie Cluet et Monsieur An-toine Petit pour mavoir accueilli dans lunit de recherche INRIA-Paris Rocquencourtet de mavoir permis de travailler dans daussi bonnes conditions.

    Je remercie toutes les personnes formidables que jai rencontres par le biais de lIN-RIA. Merci pour votre support et vos encouragements. Je pense particulirement toutesles assistantes des quipe-projets, toutes les personnes du service de communicationet en particulier ma petite Galle Foret qui a pris le temps de lire les premires pagesde cette thse. Je ne saurais terminer sans remercier toutes ces personnes dans lombredont la contribution mon travail est non ngligeable, les conducteurs des navettes, lespersonnels de la cantine et les techniciens de surface.

    Je remercie tous les membres et ex-membres de lquipe-projet AOSTE (Modles etMthodes pour lAnalyse et lOptimisation des Systmes Temps-Rel Embarqus) pour

  • 4 Remerciements

    le climat sympathique dans lequel ils mont permis de travailler. Les nombreuses discus-sions que jai pu avoir avec chacun mont beaucoup apport. Merci donc Yves Sorel,Christophe Gensoul, Liliana Cucu, Nicolas Pernet, Cyril Faure, Djamel Louar, Fadoi La-khal, Arnaud Rouanet, Dimitru Potop, Omar Kermia, Cecile Stentzel, Mohamed Maroufet Daniel de Rauglaudre. Je voudrais exprimer particulirement toute mon amiti NellyMaloisel, Christine Anocq et Laurence Bourcier pour leur gentillesse, leur comptenceet leur humour.

    Mention spciale Daniel de Rauglaudre qui ma support et ma permis de melever motiv, le coeur lger et lesprit tranquille depuis le dbut de ma thse. Trs hum-blement, je voudrais te dire merci pour ton soutien pendant mes priodes de doutes etpour tes multiples encouragements rpts. Tu as su mettre en musique les paroles dema composition scientifique.

    Enfin, les mots les plus simples tant les plus forts, jadresse toute mon affection ma famille, et en particulier ma maman qui ma fait comprendre que la vie nestpas faite que de problmes quon pourrait rsoudre grce des formules mathmatiqueset des algorithmes. Malgr mon loignement depuis de (trop) nombreuses annes, leurintelligence, leur confiance, leur tendresse, leur amour me portent et me guident tous lesjours. Merci pour avoir fait de moi ce que je suis aujourdhui. Est-ce un bon endroit pourdire ce genre de choses ? Je nen connais en tous cas pas de mauvais. Je vous aime.

    Une pense pour terminer ces remerciements pour toi qui na pas vu laboutissementde mon travail mais je sais que tu en aurais t trs fier de ton fils ! ! !

  • Remerciements 5

    mes parents,

    et tous ceux que je ne nomme pas, mais qui se reconnatront.

  • Rsum

    La promesse de la chenille

    nengage pas le papillon.

    Andr Gide

    Nous nous intressons aux problmes dordonnancement de tches priodiques dansles systmes temps rel critiques (durs). De tels systmes ncessitent un respect absolude toutes les contraintes qui les caractrisent sinon des consquences catastrophiquespeuvent survenir.Dans la littrature, il existe des algorithmes dordonnancement priorits fixes per-

    mettant une analyse dordonnanabilit de ces systmes. Cependant, lapproximation ducot de la premption, qui est la partie variable du cot du systme dexploitation (OS),dans le WCET des tches conduit faire un compromis entre gaspillage et sret delordonnanabilit, ce qui nest pas satisfaisant. Quelques travaux ont t proposs pourrsoudre ce problme mais les rsultats conduisent la prise en compte soit dun nombreminimal soit dun nombre maximal de premptions. Par consquent, il nest pas possiblede garantir de faon sre lordonnanabilit dun systme temps rel critique.Dans cette thse, les modles classiques ntant pas adapts pour prendre en compte

    le cot exact de la premption, nous introduisons un nouveau modle pour rsoudre leproblme gnral de lordonnancement de systmes temps rel durs avec des contraintesmultiples telles que la prcdence, la priodicit stricte, la latence et la gigue, tout entenant compte du cot exact de la premption pour tous les scnarii de premires activa-tions de toutes les tches (simultan ou non simultan). Fond sur ce nouveau modle,nous proposons une analyse dordonnanabilit qui utilise la dfinition dune opra-tion binaire dordonnancement dont les oprandes sont appels otches. Nous mon-trons la correspondance entre une otche et une tche priodique. Nous examinons deuxapproches. Premirement, nous considrons le cas o la priorit de chaque otche estconnue (Rate Monotonic, Deadline Monotonic, Audsley, etc.), conduisant ainsi unordre dcroissant des priorits des otches. Deuximement, nous considrons le cas ola priorit de chaque otche nest pas connue. Nous tudions de prs limpact du scna-rio de premires activations de toutes les otches sur lanalyse dordonnanabilit. Nousprouvons dune part que le scnario, o les premires activations de toutes les otchessont simultanes, ne correspond pas au pire cas, et dautre part quil nexiste pas un telscnario lorsque le cot de la premption est pris en compte. Ensuite, nous prouvons quele choix des priorits des otches fond sur la politique dAudsley nest plus applicable,

  • 8 Rsum

    ni optimal. Pour rsoudre ce problme, nous proposons un algorithme optimal de choixde priorits des otches. Ici optimal signifie que sil existe une politique de choix despriorits qui conduit un ordonnancement valide alors le choix des priorits propospermettra galement dobtenir un ordonnancement valide.Nous avons dvelopp un logiciel appel SAS (Simulation Analysis of Scheduling)

    pour mettre la disposition dutilisateurs les rsultats que nous avons obtenus. SAS estun logiciel qui effectue lanalyse dordonnanabilit de systmes dotches priodiquesdans le cas monoprocesseur. Sa principale contribution, par rapport dautres outilscommerciaux et acadmiques du mme type, est quil prend en compte le cot exact depremption au cours de lanalyse dordonnanabilit avec des contraintes multiples.

  • Table des matires

    1 Notions de base 7

    1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.2 Systmes temps rel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.3 Modles de tches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

    1.3.1 Modle de tches classique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.3.2 Modle de tches sans date de rveil . . . . . . . . . . . . . . . 11

    1.4 Contraintes temps rel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.4.1 Echances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.4.2 Prcdence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.4.3 Priodicit stricte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.4.4 Latence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.4.5 Gigue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

    1.5 Problmatique et motivations de la thse . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

    2 Thorie classique de lordonnancement temps rel 21

    2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.2 Modle des tches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.3 Analyse dordonnanabilit de tches priodiques . . . . . . . . . . . . 22

    2.3.1 Intervalle danalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.3.2 Tches non concrtes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.3.3 Tches concrtes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

    2.4 Outils pour lanalyse du temps de rponse . . . . . . . . . . . . . . . . 342.5 Prise en compte du cot de lOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

    2.5.1 Prise en compte du cot de lordonnanceur . . . . . . . . . . . 362.5.2 Prise en compte du cot de la premption . . . . . . . . . . . . 39

    2.6 Avantages et inconvnients des diffrentes techniqu