Scheduling in Echtzeitbetriebssystemen. Prof. Dr. Margarita Esponda Freie Universität Berlin

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1 Scheduling in Echtzeitbetriebssystemen Prof. Dr. Margarita Esponda Freie Universität Berlin

2 Echtzeitsysteme Korrekte Ergebnisse zum richtigen Zeitpunkt Hart Echtzeitsysteme Eine verspätete Antwort ist eine falsche Antwort Weich Eine verspätete Antwort bedeutet schlechte Qualität

3 Scheduler In Echtzeitbetriebssystemen wird sehr oft der Begriff Task verwendet. Task = Ausführung eines Programms oder Teile eines Programms Task = Prozess

4 Scheduling in Echtzeitbetriebssystemen Algorithmen off-line on-line statische Prioritäten dynamische Prioritäten RMS DMS EDF LLF Rate Monotonic Scheduling Deadline Monotonic Scheduling Earliest Deadline First Least Laxity First

5 Scheduling-Algorithmen Vereinfachung: Die Prozesse sind voneinander unabhängig Die Prozesse sind alle unterbrechbar Notation: r = release = Startpunkt, an dem der Prozess zur Ausführung bereit ist. e = execution = Zeiteinheiten für die CPU. Schlimmste Ausführungszeit. d = deadline p = period = Zeiteinheiten bis zur nächsten Zeitschranke. = Zeit bis zum nächsten Aufruf desselben Prozesses. Prozess: T i = ( r i, e i, d i, p i ) Beispiel: T 1 = ( 1, 3, 7, 10 )

6 Notation Prozess: T i = ( r i, e i, d i, p i ) Beispiel: T 1 = ( 1, 3, 7, 10 ) d =7 e =3 T Zeit r =1 p =10

7 Prozesse Beispiel: drei Prozesse (Tasks) 3 CPUs T 3 T 2 T Start CPU Deadline Periode T 1 = ( 0, 1, 3, 3 ) T 2 = ( 0, 1, 4, 4 ) T 3 = ( 0, 2, 5, 5 )

8 RMS Rate Monotonic Scheduling Feste Prioritäten Die Prioritäten werden umgekehrt proportional zur Periode vergeben Deadline = Periode r e d p Beispiel: T 1 = ( 0, 2, 5, 5 ) T 2 = ( 0, 3, 10, 10 ) T 3 = ( 0, 4, 20, 20 )

9 Beispiel: RMS r e d p T 1 = ( 0, 2, 5, 5 ) Anim T 2 = ( 0, 2, 7, 7 ) T 3 = ( 0, 3, 18, 18 ) Auslastung der CPU = 86 % 7 18 Der RMS-Algorithmus ist der am besten untersuchte und der am häufigsten eingesetzte Algorithmus.

10 DMS Deadline Monotonic Scheduling Feste Prioritäten Die Prioritäten der Prozesse sind umgekehrt proportional zur Länge der Deadlines. Deadline Periode r e d p Beispiel: T 1 = ( 0, 2, 3, 5 ) T 2 = ( 0, 3, 10, 10 ) T 3 = ( 0, 4, 8, 20 )

11 Prozesse DMS Deadline verletzt! T 3 T T T 1 = ( 0, 1, 3, 3 ) T 2 = ( 0, 1, 4, 4 ) Mit DMS nicht lösbar T 3 = ( 0, 2, 5, 5 )

12 Prozesse DMS T 3 3 T 2 T Deadline verletzt!

13 Erfüllbarkeitstest Beispiel: DMS Prüft, ob alle Deadlines eingehalten werden können. r e d p T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) CPU Auslastung e 1 /p 1 = 50 % e 2 /p 2 = 40 % CPU Auslastung 90%

14 Beispiel: Keine Lösung mit DMS r e d p T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) CPU Auslastung 90% Priorität ( T 1 ) > Priorität ( T 2 )

15 Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) CPU Auslastung 90% Priorität ( T 1 ) > Priorität ( T 2 ) d 1 d 2 d 1 d

16 Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) CPU Auslastung 90% Priorität ( T 1 ) > Priorität ( T 2 ) d 1 d 2 d 1 d

17 Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) CPU Auslastung 90% Priorität ( T 1 ) > Priorität ( T 2 ) d 1 d 2 d 1 d

18 Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) CPU Auslastung 90% Priorität ( T 1 ) > Priorität ( T 2 ) d 1 d 2 d 1 d T 2 verpasst die erste Deadline

19 Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) CPU Auslastung 90% Priorität ( T 1 ) < Priorität ( T 2 ) d 1 d 2 d 1 d

20 Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) CPU Auslastung 90% Priorität ( T 1 ) < Priorität ( T 2 ) d 1 d 2 d 1 d T 1 verpasst die erste Deadline

21 EDF Earliest Deadline First Früheste Deadline zuerst Der Prozess mit der nächsten Deadline wird als nächster abgearbeitet. Priorität von T i (t) = d i (t) - t

22 Prozesse Earliest Deadline First T 3 T 2 T T 1 = ( 0, 1, 3, 3 ) T 2 = ( 0, 1, 4, 4 ) T 3 = ( 0, 2, 5, 5 )

23 Prozesse Earliest Deadline First T T T T 1 = ( 0, 1, 3, 3 ) T 2 = ( 0, 1, 4, 4 ) T 3 = ( 0, 2, 5, 5 )

24 LLF Kleinster zeitlicher Spielraum Der Prozess mit der kleinsten Zusatzzeit wird als nächster abgearbeitet. Zeitlicher Spielraum l i (t) = d i (t) t e i (t)

25 Prozesse Beispiel: zwei Prozesse T 2 T 1 t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 )

26 Prozesse 4 T 2 T t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 )

27 Prozesse 3 T 2 T t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 )

28 Prozesse 2 T 2 T t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 )

29 Prozesse 2 t 2 t t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 )

30 Prozesse 2 t 2 t t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 )

31 Prozesse t 2 1 t t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 )

32 Prozesse t 2 1 t t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 )

33 Prozesse t 2 t t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 )

34 Prozesse t 2 t t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 )

35 Prozesse 4 t 2 t t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 )

36 Prozesse t 2 3 t t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 )

37 Prozesse t 2 3 t t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 )

38 Prozesse t 2 3 t t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 )

39 Prozesse t 2 3 t t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 )

40 Prozesse t 2 2 t t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 )

41 Prozesse t 2 1 t t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 )

42 Prozesse t 2 t t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 )

43 Prozesse t 2 t t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 )

44 Prozesse Earliest Deadline First t 2 t T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 )

45 Prozesse Earliest Deadline First t t idle T 1 = ( 0, 3, 6, 6 ) T 2 = ( 0, 4, 8, 9 )

46 Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) CPU Auslastung 90% 5 d 1 d 2 d 1 d

47 Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) CPU Auslastung 90% 5 d 1 d 2 d 1 d

48 Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) CPU Auslastung 90% 5 d 1 d 2 d 1 d

49 Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) CPU Auslastung 90% 5 d 1 d 2 d 1 d

50 Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) CPU Auslastung 90% 5 d 1 d 2 d 1 d

51 Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) CPU Auslastung 90% 5 d 1 d 2 d 1 d

52 Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) CPU Auslastung 90% d 1 d 2 d 1 d

53 Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) CPU Auslastung 90% d 1 d 2 d 1 d

54 Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) CPU Auslastung 90% d 1 d 2 d 1 d

55 Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) CPU Auslastung 90% d 1 d 2 d 1 d

56 Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) CPU Auslastung 90% d 1 d 2 d 1 d

57 Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) CPU Auslastung 90% d 1 d 2 d 1 d

58 Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) CPU Auslastung 90% d 1 d 2 d 1 d

59 Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) CPU Auslastung 90% d 1 d 2 d 1 d

60 Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) CPU Auslastung 90% d 1 d 2 d 1 d

61 Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) CPU Auslastung 90% d 1 d 2 d 1 d

62 Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) CPU Auslastung 90% d 1 d 2 d 1 d

63 Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) CPU Auslastung 90% d 1 d 2 d 1 d

64 Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) CPU Auslastung 90% d 1 d 2 d 1 d

65 Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) CPU Auslastung 90% d 1 d 2 d 1 d

66 Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) CPU Auslastung 90% d 1 d 2 d 1 d

67 Beispiel: Keine Lösung mit DMS T1 = ( 0, 25, 50, 50 ) T2 = ( 0, 30, 75, 75 ) CPU Auslastung 90% aber mit d 1 d 2 d 1 d 2 d idle

68 Scheduling in Echtzeitbetriebssystemen Echtzeitbetriebssysteme müssen Zeitanforderungen erfüllen Scheduling wird häufig durch Prioritätsvergabe gesteuert Prioritäten können statisch oder dynamisch vergeben werden Wir haben vier grundlegende Algorithmen besprochen Was noch fehlt: Scheduling mit abhängigen Prozessen

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