TEMA 5. Planificación estática de tareas. Planificación de tareas. El problema de la concurrencia

Transcripción

1 TEMA Plafcacó estátca de tareas Plafcacó de tareas El problema de la cocurreca El problema de la plafcacó Plafcacó de tareas Modelo básco Plafcacó rate mootoc Teorema de Lu y Laylad Aálss del tempo de respuesta Plafcacó deadle mootoc Recursos compartdos Hereca de prordad Techo de prordad y techo de prordad medato Modelo de tareas geeralzado Plafcacó cooperatva Actvacó rregular (tter) Plazos arbtraros Extesó del modelo ambo de cotexto ambo de modo Plafcacó de tareas Tareas aperódcas Servdor e backgroud Reserva de acho de bada Extraccó de holgura Tareas co restrccoes de precedeca El problema de la cocurreca El mudo real es cocurrete: ocurreca smultáea de evetos. Elemetos Procesadores. Recursos y Tareas Plafcador y Gestor de Recursos (Sstema Operatvo) Problema Qué tarea eecutar, y cuádo? ómo se asga el acceso a los recursos compartdos? Problemas de cocurreca e e e e Fallo t t+ t+ t+ t+ t+ OK t t+ t+ t+ t+ t+ 6

2 El problema de la plafcacó U método de plafcacó tee dos aspectos: La plafcacó (schedulg) cosste e gestoar el uso de los recursos del sstema co el f de garatzar los requstos temporales de las tareas. ada tarea es plafcada por u algortmo de plafcacó, y los dsttos recursos so asgados medate u protocolo de acceso a los recursos. U algortmo de plafcacó que determa el orde de acceso de la tareas a los recursos del sstema ( e partcular al procesador ) U método de aálss que permte calcular el comportameto temporal del sstema. Así se puede comprobar s los requstos temporales está garatzados e todos los casos posbles. E geeral se estuda el peor comportameto posble. 7 8 Plafcacó vs. Plafcabldad Proceso de plafcacó Plafcacó = efoque para prorzar ua tarea sobre otra. Plafcabldad = aálss formal que permte garatzar que u couto de tareas puede (o o) acceder a u recurso compartdo (p.e. el procesador) de tal forma que cada ua de ellas cumpla co su plazo de respuesta. Plafcabldad = otrol de admsó Aplcacó Aplcacó Tempo Tempo Real Real arga de Trabao de Tempo Real Tarea Aálss de Plafcabldad Plafcador EJEUIÓN T No No es es plafcable plafcable 9 Fuera de líea (off-le) E líea (o-le) Plafcacó de tareas Proceso de plafcacó U método de plafcacó puede ser: despachar estátco: el aálss puede realzarse ates de la eecucó. actvacó test de aceptacó SI LISTA expulsó EJEUION dámco: se utlza decsoes tomadas durate la eecucó. Método de plafcacó NO recurso lberado LOQUEO espera e recurso ocupado Eecutvo cíclco asado e prordades Estados y decsoes de plafcacó Fas ámcas

3 Plafcacó co prordades fas Las tareas se eecuta como procesos cocurretes. Ua tarea puede estar e varos estados Las tareas eecutables se despacha para su eecucó e orde de prordad. El despacho puede hacerse s desaloo co desaloo E adelate vamos a cosderar plafcacó co prordades fas y desaloo (preemptve prorty based schemes): a cada proceso se le asga ua prordad y e cada state se eecuta el proceso co mayor prordad Necestamos u algortmo de asgacó de prordades y ua Plafcacó co prordades fas: Modelo básco prueba de plafcabldad. Modelo de tareas El couto de tareas es estátco. Todas las tareas so peródcas. Las tareas so depedetes etre sí (a o ser que se dga lo cotraro). Las operacoes del úcleo del sstema so statáeas (por eemplo los cambos de cotexto, terrupcoes, etc..). El tempo de cómputo máxmo de cada tarea es coocdo. Los plazos de respuesta de todas las tareas so guales a los perodos respectvos. Notacó N Número de tareas. Tempo de eecucó (peor caso) de la tarea. T Período de la tarea. Plazo de falzacó ( deadle ) de la tarea. P Prordad de la tarea. R Tempo de respuesta (máxmo) de la tarea. El obetvo fal cosste e asegurar que, para todas las tareas, se cumple: R = T 6 Factor de utlzacó Plafcacó basada e prordades Es ua medda de la carga del procesador. El factor de utlzacó de ua tarea T es: U = T El factor de utlzacó total del sstema es U = = U Se trata de ecotrar métodos que proporcoe plafcacoes admsbles co factores de utlzacó lo más altos posble. o u procesador: U E geeral para M procesadores: U M = = T 7 osderaremos prordades estátcas y plafcacó expulsva. Frecuetemete se asga prordades a las tareas segú su "mportaca". T U T.. T Fallo

4 Prordades moótoas e frecueca (rate mootoc) odcó de garatía de plazos basada e la utlzacó (Lu y Laylad) La asgacó de mayor prordad a las tareas de meor período (rate mootoc schedulg) es óptma para el modelo de tareas smple (tareas peródcas, depedetes, co plazos guales a los períodos) Para el modelo smple, co asgacó de prordades moótoas e frecueca, los plazos está garatzados s: ( / U = ) = U( ) T = U () es la utlzacó míma garatzada para tareas S se puede garatzar los plazos de u sstema de tareas co otra asgacó de prordades, se puede garatzar co la asgacó moótoma e frecueca 9 U ()=. U ()=.88 U ()=.779 lm U ( ) = l.69 U ()=.77 U ()=.7... Istate crítco Plafcacó basada e prordades moótoas e frecueca (rate mootoc) T T U T.. Para el modelo básco de tareas, la asgacó de prordades rate mootoc es óptma (Lu & Laylad, 97) El croograma se puede utlzar para comprobar s se cumple los plazos Hay que trazar el croograma durate u hperperíodo completo E caso más desfavorable, H = O( N N ) El tempo de respuesta es máxmo cuado todas las tareas se actva a la vez Se deoma state crítco S el state cal es crítco basta comprobar la prmera staca de cada tarea. No es ecesaro aalzar todo el hperperodo (Lu Lu & Laylad 97) Eemplo T= U P T. Alta Eemplo T= U P T 6. Alta. Meda. Meda. aa 8. aa U =.8 >.779 = U U =.77 <.779 = U T T Fallo

5 Aálss del tempo de respuesta T Eemplo T= U P T. Alta. Meda 8. aa U =. >.779 = U La prueba del factor de utlzacó o es exacta. o se puede geeralzar a modelos de tareas más compleos. La costruccó de u croograma es complea, cluso cosderado que el state cal es crítco. Veremos ua prueba basada e el cálculo del tempo de respuesta de cada tarea Ecuacó del tempo de respuesta álculo de la terfereca máxma T T T T R R = + I os compoetes: : Tempo de eecucó, e el peor caso, de la tarea. I : Iterfereca que puede sufrr la tarea por tareas de prordad superor. 7 Para ua tarea de prordad superor a Para todas las tareas de prordad superor a I I R = T R = hp ( ) T 8 álculo del tempo de respuesta álculo del tempo de respuesta Ecuacó del tempo de respuesta: Resolucó medate la relacó de recurreca: R R = + hp( ) R T es la solucó míma de la ecuacó: Valor cal: w + = + hp( ) w = w T w = + hp( ) w T No es cotua leal. No se puede resolver aalítcamete. 9 w = w = + hp( ) Se terma cuado: w+ = w, (se cumple el plazo), o be w+ > T (o se cumple el plazo).

6 T= P T aa Meda Alta R w = = w = + = + = w = + = + = T w = + + = + + = w = + + = + + = T T w = + + = + + = T T w = + + = + + = T T Aálss del tempo de respuesta a ua codcó sufcete y ecesara: S u couto de tareas pasa el test de plafcabldad, se cumplrá sus plazos. E caso cotraro, algua de ellas (las de meor prordad) perderá su plazo. Tareas aperódcas y esporádcas Respode a evetos asícroos croos. Estrctas (hard) o esporádcas frecuecas de actvacó máxmas. No estrctas (soft) frecuecas de actvacó medas. Aalzar la plafcabldad co tempos e el peor caso podría llevar a utlzacoes muy baas del procesador. Garatzar requstos mímos: Todas las tareas debe ser plafcables usado tempos de eecucó y frecuecas de llegada medos puede perderse alguos plazos. Todas las tareas hard debe ser plafcables usado tempos de eecucó y frecuecas de llegada e el peor caso asegurar los plazos de estas tareas. Tareas esporádcas Para clur tareas esporádcas hay que modfcar el modelo básco de tareas: T : separacó míma etre evetos de actvacó cosecutvos. T asgacó de prordades: moótoa e plazos (eadle mootoc) Prordades moótoas e plazos (deadle mootoc) óptma. aálss del tempo de respuesta: gual que e la asgacó moótoa e frecueca se terma cuado: w+ = w, (se cumple el plazo), o w+ > (o se cumple el plazo). 6 6

7 Eemplo T P R T T 7 6 Moótoa e plazos deadle mootoc Recursos compartdos T P R T 7 7 Moótoa e frecueca rate mootoc T 8 Iteraccó etre tareas y bloqueos Eemplo E la mayoría de los sstemas de terés práctco las tareas teraccoa medate datos comues (protegdos) ctas o mesaes E todos estos casos puede ocurrr que ua tarea tega que esperar u suceso de otra meos prortara T Esta stuacó se deoma bloqueo, y puede producr ua versó de prordad deseable t t+ t+ t+ t+ La versó de prordad cosste e que ua tarea co ua prordad termeda puede colarse a ua tarea más prortara que está bloqueada a la espera de u recurso que tee ocupado otra tarea de baa prordad Iversó de prordad 9 Eemplo P ta Accoes T T T NNN NN NN T NN LOQUEO T T Iteraccó etre tareas y bloqueos OJO: el bloqueo de ua tarea más prortara por parte de otra meos prortara porque ésta tee u recurso, o es el problema de versó de prordad, so el retardo ducdo por tareas de prordad termeda Los métodos propuestos para solucoar este problema se puede clasfcar e tres grades grupos: EVITAR: Ordear la eecucó de todas las tareas (off-le) co el f de evtar que se produzca estas stuacoes (plafcacó cíclca) IGNORAR: Tratamos a todas las seccoes crítcas como bloques terrumpbles; y hacemos que todas las seccoes crítcas sea lo más breves posble. MINIMIZAR: Modfcar (temporalmete) la prordad de las tareas que etre e ua seccó crítca para que falce lo ates posble. Prorty Ihertace Protocol (PIP) (hereca de prordades) Prorty elg Protocol (PP) (techo de prordades) Imedate Prorty elg Protocol (IPP) 7

8 Eemplo Hereca de prordad El retraso que sufre ua tarea por versó de prordad puede o estar acotado, lo que compromete la plafcabldad del sstema. Es ecesaro acotar y medr los bloqueos. T Ua forma de reducr la duracó de los bloqueos es varar dámcamete la prordad de las tareas: uado ua tarea está bloqueado a otra más prortara, hereda la prordad de ésta. La prordad dámca de ua tarea es el máxmo etre: su prordad básca las prordades de todas las tareas a las que bloquea. La hereca de prordad es trastva. t t+ t+ t+ t+6 Hereca de prordad Eemplo P ta Accoes T T T T T T NNN NN NN NN LOQUEOS Hereca de prordad Propedades: Ua tarea puede bloquearse por recursos a los que o accede (T). Ua tarea puede sufrr bloqueo auque o acceda a recursos compartdos (T). La tarea de meor prordad o sufre bloqueo (T). ua tarea se puede bloquear como máxmo: ua vez por cada recurso ua vez por cada tarea de prordad feror Puede haber terbloqueos o acotados etre tareas Hereca de prordad S o hay terbloqueos, la duracó total máxmam de los bloqueos que sufre ua tarea es: dode K = u( k, ) ( k) k = K es el úmero de seccoes crítcas u(k,) = s el recurso k es usado por al meos ua tarea co prordad meor que P, y por al meos ua tarea co prordad mayor o gual que P e caso cotraro k es el tempo de eecucó (WET) de la seccó crítca k Hereca de prordad S hay tareas de prordad feror que puede bloquear a la tarea T, etoces ésta se puede bloquear como mucho la duracó de seccoes crítcas (ua por cada ua de las tareas de prordad feror), depedetemete del úmero de recursos a los que acceda T. S hay m recursos dferetes que puede bloquear a la tarea T, etoces ésta se puede bloquear como mucho la duracó de m seccoes crítcas, ua por cada uo de los recursos. ao el protocolo de hereca de prordad, ua tarea T puede ser bloqueada como mucho la duracó de m(, m) seccoes crítcas, dode es el úmero de tareas de prordad feror que podría bloquear a la tarea T, y m es el úmero de recursos dferetes que puede ser usados para bloquear T 7 8 8

9 T T Eemplo álculo del bloqueo Eemplo T - = - = - = - T = T + T T Z T T T T álculo del bloqueo Z álculo del bloqueo Z T =9 =9 Z Z =7 Z =8 Z =8 =7 T Z = Z =6 = = =8 =8 =7 =7 Z Z T = Z= Z =6 Z= Z =6 = La tarea de baa prordad o accede al recurso No hay bloqueo drecto drecto por acceso al recurso La tarea de baa prordad o accede al recurso T T Hereca de prordad álculo del bloqueo T =6 6 = Z Z= 6 Z Ecuacó del tempo de respuesta: R = + + I = + + hp() R T La solucó se obtee medate la relacó de recurreca: T w + = + + I = + + hp( ) w T 9

10 Techo de prordad Es u protocolo de hereca de prordades co las sguetes reglas adcoales: El techo de prordad de u recurso es gual a la prordad de la tarea más prortara que haga uso de él. La prordad dámca de ua tarea es el máxmo etre su prordad básca, y las prordades de las tareas a las que bloquea. Ua tarea sólo puede acceder a u recurso s su prordad dámca es mayor que el techo de todos los recursos actualmete e uso por otras tareas. Las seccoes crítcas debe tratarse de forma pramdal. Techo de prordad Propedades: Protocolo lbre de terbloqueos. loqueo úco: ua tarea es retardada como mucho ua vez por ua tarea de prordad feror. El retardo es fucó del tempo de eecucó de ua seccó crítca. 6 T P Eemplo T Alta s s Techo de prordad La duracó total máxmam de los bloqueos que sufre ua tarea es: Meda aa s s s s s s s s = max sck, s { k, s k lp( ) s sem( k ) cel( s) pr( )} Techo de prordad La mayor seccó crítca e que reteemos a los recursos correspode a la duracó máxma del bloqueo. T s s + Recursos (techo de prordad) s s s s Tareas (prordad) s s s s t t t t t t t 6 t 7 t T P Eemplo T Alta s s Techo de prordad medato Meda aa s s s s s s s s Ua tarea que accede a u recurso hereda medatamete el techo de prordad del recurso. Las propedades so las msmas que las del protocolo del techo de prordad loqueo úco al actvarse ua tarea. Es más fácl de mplemetar que el protocolo básco Es más efcete (meos cambos de cotexto) Se produce más bloqueos que e el caso del protocolo de techo de prordad omportameto détco de peor caso Peor comportameto medo Techo de prordad medato T t s s s s s s s s s s t t t t t t 6 t 7 t 8 9

11 Modelo de tareas geeralzado Modelo de tareas geeralzado El modelo de tareas básco que hemos vsto cluye : tareas peródcas y esporádcas plazos meores o guales que los períodos teraccó medate seccoes crítcas El aálss del tempo de respuesta se puede exteder co plafcacó cooperatva varacó (tter) e el esquema de actvacó plazos arbtraros (també mayores que los períodos) 6 6 Plafcacó cooperatva La plafcacó por desaloo (preemptve) o sempre es aceptable e sstemas crítcos Las tareas se puede bloquear por el sstema de eecucó o por el úcleo del sstema operatvo (e. cambos de cotexto) o el protocolo del techo de prordad medato lo bloqueos o se acumula (o puede ser bloqueado a la vez por u proceso de aplcacó y por ua ruta del úcleo) La plafcacó cooperatva o dferda dvde las tareas e bloques o desaloables S MA es el bloqueo máxmo por recursos, se dvde el códgo de las tareas e bloques o desaloables de duracó MA Al fal de cada bloque se ofrece u cambo de cotexto (s hay algua tarea más prortara) Las seccoes crítcas se mete detro de u solo bloque Plafcacó cooperatva Vetaas Icremeta la plafcabldad del sstema y se puede reducr los tempos de cómputo, pues o se produce terferecas durate la eecucó del últmo bloque. Los tempos de cómputo de los bloqueos so más fácles de calcular y co mayor precsó pues los procesadores moderos tee cachés, ppele, etc., que reduce sgfcatvamete los tempos de eecucó del códgo leal, cuyas estmacoes smples del peor caso del tempo de eecucó da uos resultados muy pesmstas. La exclusó mutua se cosgue s desaloo 6 6 Plafcacó cooperatva Sea F uado w w vee dado por: el tempo de cómputo del últmo bloque w + w = + F + MA hp( ) T = + R = w + F el tempo de respuesta Actvacó rregular (tter) E el modelo smple se supoe que todos los procesos so peródcos y va a ser actvados co ua perodcdad perfecta. Los esporádcos se corpora al modelo supoedo u tervalo mímo, S, etre llegadas. S embargo, esto o es realsta, sobre todo e sstemas dstrbudos. Jtter (fluctuacó): valor máxmo de la varacó e la actvacó de u proceso. 6 66

12 Actvacó rregular (tter) Actvacó rregular (tter) T P T P P P P P R P T P - R P S T S S P : Tarea peródca eecutada e u procesador A S : Tarea esporádca eecutada e u procesador remoto y actvada por u eveto geerado por P. 67 aso deal : T S = T P Ahora las dos actvacoes del proceso esporádco o está separadas por T P so por T P -R P La tarea esporádca S sufre ua varacó e su actvacó. El valor 68 máxmo de la fluctuacó se deoma tter. Actvacó rregular (tter) Actvacó rregular (tter) t t+ t t+ P P S t+ t+ S t+ t+ T P =, R P =, P(mímo) = Separacó teórca etre actvacoes de S : T S = T P = Separacó míma etre actvacoes de S : T S = 6 T-J T-J 6 6 Fluctuacó máxma (tter) : J S = - 6 = 69 Ua tarea de prordad feror a S tedrá,,, terferecas de S depededo de su tempo de respuesta, R 7 Actvacó rregular (tter) Actvacó rregular (tter) S t+ t+ T-J T-J 6 6 S tter R (, T S ] (T S, T S ] (T S, T S ] R o tter R (, T S -J S ] (T S -J S, T S -J S ] (T S -J S, T S -J S ] T-J 6 R + J La tarea esporádca S es actvada e los states, 6, 6, 6, etc., T-J, T-J, T-J,... El exame de la ecuacó de plafcabldad mplca que el proceso de meor prordad que S sufrrá: ua terfereca del proceso S s : [, T J ) dos terferecas s : tres terferecas s : Esto puede represetarse e las ecuacoes de tempo de respuesta como: R = + + R + J S TS T hp( ) S T Número de actvacoes de S = º de terferecas de S sobre 7 7 R R R [ T J, T J ) [ T J, T J )

13 Actvacó rregular (tter) Plazos arbtraros Tareas peródcas co tter: Las tareas peródcas o suele teer tter. Puede haberlo s la plafcacó se hace co ua graulardad aprecable. El tempo de respuesta se calcula como: R + J R = + + hp( ) T R = R + J perodca S el plazo es mayor que el período, puede haber varas actvacoes pedetes e u cclo: ( y potecalmete R) > T Para aalzar esta stuacó costrumos ua sucesó de vetaas W (q), dode q + es el úmero de actvacoes de τ. Para cada vetaa se obtee u R co w w + ( ) ( q ) = + ( q + ) + hp ( ) T R ( q) = w ( q) qt q 7 7 Plazos arbtraros Plazos arbtraros El úmero de actvacoes está lmtado por el meor valor de q para el que la sguete expresó es certa: R ( q) T El tempo de respuesta de peor caso es el valor máxmo que se obtee para cada q: T Eemplo T T 6 6 P Alta Meda aa R 9 6 R = max q=,,,... R ( q) w () 7 w () w () 76 aso geeral uado se tee plazos arbtraros combados co el efecto de tter de actvacó debe realzarse dos alteracoes e el aálss ateror: Prmero, el factor de terfereca debe ser cremetado s exste procesos de prordad superor que sufre tter de actvacó: + J + w ( q) ( q) = + ( q + ) + hp( ) T w El otro cambo volucra al proceso e sí msmo. Puede sufrr tter de actvacó cuado dos vetaas cosecutvas puede solaparse s el tempo de respuesta más el tter es mayor que el perodo: Extesó del modelo R ( q) = w ( q) qt + J 77 78

14 Extesó del modelo Extesó del modelo Para que este algortmo de plafcacó sea útl ecestamos calcular co precsó la utlzacó o el tempo de respuesta de las tareas. El modelo de tareas smple cosderaba: outo de tareas estátco. Todas las tareas so peródcas. Las tareas so depedetes uas de otras. Los plazos de respuesta de las tareas so guales a sus perodos. El tempo de eecucó máxmo de cada tarea es coocdo. Las operacoes del úcleo (plafcador, despachador) so statáeas. Este esquema se ha amplado, cosderado: Recursos compartdos, comucacó y scrozacó etre tareas. Varacó e el esquema de actvacó de las tareas (tter) Se puede meorar el aálss s al modelo de tareas se le cluye: Sobrecargas del plafcador (cambos de cotexto) ambos de prordades durate la eecucó (cambos de modo) Otras lmtacoes del etoro de eecucó (procesos o totalmete terrumpbles). Tareas aperódcas. Servdores de tareas aperódcas Tareas co restrccoes de precedeca 79 8 ambo de cotexto ambo de cotexto Hasta ahora habíamos supuesto que los cambos de cotexto o cosume tempo. Pero la realdad es muy dstta. E los actuales procesadores RIS, que cueta co u gra úmero de regstros, el tempo de salvar todos estos regstros e memora prcpal y recargar los regstros de otra tarea para cotuar co su eecucó o es desprecable. T +pro S estudamos e detalle cómo se produce los cambos de cotexto veremos que podremos acotar el tempo que cualquer tarea perde e estos meesteres. T -pro sw + sw sw 8 8 ambo de cotexto ambo de cotexto ada vez que ua tarea de más prordad se actva (supoemos que e esos mometos está e eecucó otra de meor prordad) ha de expulsar a la meos prortara (lo que mplca suspeder la meos prortara y actvar la ueva tarea); y al falzar la eecucó hay que repoer la eecucó de la tarea terrumpda (elmado la más prortara y repoedo la tarea ateror). Es mportate otar que o se produce más cambos de cotexto (s supoemos que o hay más actvacoes). Los dos cambos de cotexto ha sdo forzados por la tarea más prortara, por lo que podemos cosderar este tempo como tempo de cómputo de ésta. Así, la tarea meos prortara puede o teer e cueta los tempos de cambo de cotexto producdos por tareas más prortaras. El test de plafcabldad o se ve alterado por los cambos de cotexto s modfcamos los tempos de cómputo de todas las tareas co dos veces el tempo de cambo de cotexto. A la tarea meos prortara s be o puede provocar expulsoes a otras tareas, també hay que añadrle los tempos de cambo de cotexto pues e realdad sí que expulsa a otra tarea: la tarea dle. Ésta es ua tarea comodí utlzada e cas todas las mplemetacoes de sstemas operatvos para smplfcar el códgo del plafcador. R = + sw + + hp( ) R + J T ( + ) sw 8 8

15 ambo de modo E muchas aplcacoes el couto de tareas y sus característcas o so fas. Las codcoes del etoro exteror provoca cambos e la fucoaldad requerda. Modo de eecucó : outo de tareas co perfles de eecucó determados. τ Petcó de cambo de modo Modo A T= U A =.96 Modo T= τ, 7 6 τ 9 9 U =.98 U cambo de modo mplca: Parar y/o arracar alguas tareas. Modfcar los parámetros de alguas tareas τ τ dle Petcó de cambo de modo: t = 8 86 ambo de modo τ τ τ dle Petcó de cambo de modo Modo A T= U A = Petcó de cambo de modo: t = Modo T= τ, 7 6 τ 9 9 U =.98 Perde el deadle 87 Los requstos del protocolo de cambo de modo so: No terfereca co la plafcabldad de las tareas e eecucó. otudad e la eecucó de las tareas que o camba. ebe permtr añadr uevas tareas s afectar a las ya exstetes. Las tareas debe cumplr sus límtes ates, durate y después del protocolo. Termacó cotrolada de las tareas. No abortarlas. Acotacó del tempo de cambo de modo. Prestacoes: el protocolo debe ser ta efcete como los protocolos de cambo de modo para los eecutvos cíclcos. 88 ambo de modo ambo de modo Exste u: Ates: urate: espués: modo atguo, co u modelo de tareas y recursos. protocolo de cambo de modo uevo modo, co u modelo dferete de tareas y recursos. Período ocoso: Itervalo de tempo e el que o hay gua tarea de tempo real lsta para eecutar. Este tervalo cumple las sguetes propedades: Las tareas que eecuta ates del período ocoso o afecta a las que eecuta después. El sstema puede cambar de modo e u período ocoso. 89 La corporacó o elmacó de tareas puede cambar los techos de prordad de los recursos, por lo que: S es ecesaro aumetar el techo de u recurso o bloqueado, se modfca drectamete. S el recurso está bloqueado hay que esperar a que sea desbloqueado S es ecesaro baar el techo de u recurso, hay que esperar a que todas las tareas que lo comparte y tega prordades mayores sea elmadas. S la prordad de ua tarea es mayor que los techos de los recursos bloqueados que ella també puede bloquear, los techos debe ser elevados ates de añadr la ueva tarea Ua tarea puede ser elmada e u hperperodo s aú o ha empezado su eecucó. E caso cotraro hay que esperar al sguete. El tempo de procesador lbre puede ser utlzado por otras tareas medatamete e el msmo hperperodo. Ua tarea puede ser añadda sólo s queda capacdad de proceso dspoble e el hperperodo. 9

16 ambo de modo ambo de modo Modo Modo Tarea T P R T P R τ 8 8 τ τ τ Petcó de cambo de modo Propedades del protocolo de cambo de modo: El retardo máxmo e cambar de modo cocde co el tempo de respuesta de la tarea meos prortara. τ τ τ τ M ambo de modo Perodo ocoso Procesos o totalmete terrumpbles Ua suposcó que se ha hecho y que e ocasoes o se cumple totalmete es la de que los procesos puede ser terrumpdos (desaloados) e cualquer state. Normalmete, cluso e los etoros de eecucó defdos como totalmete terrumpbles (preemptve), exste bloques que o puede ser terrumpdos (por eemplo u cambo de cotexto). Tareas aperódcas Esto puede ser solvetado cluyedo e el factor de bloqueo los bloques o terrumpbles. 9 9 Tareas aperódcas Tareas aperódcas Requstos de la mayoría de las aplcacoes de tempo real: tareas peródcas y aperódcas geeralmete las tareas peródcas so drgdas por tempo, y so de tempo real estrcto (hard real-tme) geeralmete las tareas aperódcas so drgdas por evetos, y puede ser de tempo real estrcto (hard real-tme) y o estrcto (soft real-tme) Obetvo prcpal de los úcleos de tempo real: garatzar las tareas de tempo real estrcto. proporcoar u bue tempo de respuesta medo para tareas de tempo real o estrcto. Las tareas aperódcas que se caracterza por u tervalo mímo etre evetos se deoma tareas esporádcas. Las tareas aperódcas que requere ua garatía o-le e cada 9 staca dvdual se deoma frmes. ado u couto de tareas peródcas, ómo debe plafcarse las tareas aperódcas? Obetvos: todas las tareas peródcas cumple sus plazos se tee el tempo de respuesta más corto posble para las tareas aperódcas todas las tareas esporádcas aceptadas cumple sus plazos rechazo tareas esporádcas tareas peródcas tareas aperódcas test de aceptacó PU 96 6

17 Tareas aperódcas Plafcacó e backgroud Gestó de tareas peródcas y aperódcas: Servdores de tareas aperódcas: Servdor e segudo plao (backgroud schedulg) Servdor co reserva de acho de bada (badwdth preservg) Servdor por cosulta (pollg server) Servdor dferdo (deferrable server) Servdor co tercambo de prordad (prorty exchage) Servdor esporádco (sporadc server). Servdor co extraccó de holgura (slack stealg server) Es el método más smple: El servdor eecuta tareas aperódcas sólo cuado o hay tareas peródcas lstas para eecucó, es decr, e el tempo de procesador que queda dspoble después de plafcar todas las tareas peródcas. Las tareas aperódcas tee asgada ua prordad feror a las tareas peródcas. τ Tareas co restrccoes de precedeca τ Petcoes aperódcas Plafcacó e backgroud Servdor co reserva de acho de bada Se reserva u tempo de cómputo () para tratar evetos aperódcos. Tareas peródcas ola de alta prordad RM PU Métodos: Servdor por cosulta (pollg server). Servdor dferdo (deferrable server). Servdor co tercambo de prordad (prorty exchage). Servdor esporádco (sporadc server). Tareas aperódcas ola de baa prordad FFS 99 Se dfereca e: ómo se restaura el tempo de cómputo. Qué se hace s o se usa el tempo asgado. So predecbles. La asgacó de tempo de computo es estátca. S se sgue producedo evetos aperódcos después del hueco reservado al servdor, éste segurá atededo los evetos, pero a ua prordad más baa que la de todas las tareas peródcas (servdor e backgroud) Servdor por cosulta (pollg server) Servdor por cosulta (pollg server) Pollg server se plafca como ua tarea peródca: (T, ) T: perodo : capacdad de eecucó la capacdad se rellea al prcpo de cada perodo (state de relleo) Se puede utlzar tato co RM como co M. No es ua cuestó trval elegr el tempo de cómputo y el perodo para el servdor. cola de tareas aperódcas s o está vacía, el servdor eecuta la tarea stuada al co de la cola hasta que se cosume la capacdad ó se vacía la cola. S está vacía, el servdor se suspede medatamete hasta el sguete perodo. Alta τ aa τ Petcoes aperódcas Meda s T= τ τ 6 Servdor s = Ts =

18 Servdor dferdo (deferrable server) Servdor dferdo (deferrable server) eferrable server se plafca como ua tarea peródca: (T, ) T: perodo : capacdad de eecucó la capacdad se rellea al prcpo de cada perodo (state de relleo) cola de tareas aperódcas metras le quede tempo de cómputo dspoble, el servdor atederá las petcoes aperódcas medatamete (s tee la máxma prordad etre las tareas actvas). uado cosuma su capacdad, se suspede hasta el sguete perodo. El servdor matee su prordad durate todo el período τ τ Petcoes aperódcas T= τ τ 6 Servdor s = Ts = s Itercambo de prordad (prorty exchage) Itercambo de prordad (prorty exchage) Prorty exchage server se plafca como ua tarea peródca: (T, ) T: perodo : capacdad de eecucó la capacdad se rellea al prcpo de cada perodo (state de relleo) Prorty exchage server cola de tareas aperódcas al gual que el servdor dferdo, se emplea u servdor peródco (geeralmete de alta prordad) para servr petcoes aperódcas. dfere e la forma e que se coserva la capacdad. A dfereca del servdor dferdo, el servdor por tercambo de prordad matee su capacdad de alta prordad tercambádola por tempo de eecucó de ua tarea peródca de meor prordad. Al prcpo de cada perodo del servdor, se rellea la capacdad a su valor máxmo. S hay petcoes aperódcas pedetes y el servdor es la tarea actva más prortara, se srve las petcoes aperódcas usado la capacdad dspoble; e caso cotraro, la capacdad se tercamba por tempo de eecucó de la tarea peródca actva de máxma 6 prordad. Itercambo de prordad (prorty exchage) Itercambo de prordad (prorty exchage) Prorty exchage server uado se produce u tercambo de prordad etre ua tarea peródca y el servdor, la tarea peródca se eecuta al vel de prordad del servdor metras que el servdor acumula ua capacdad al vel de prordad de la tarea peródca. e esta forma, la tarea peródca avaza su eecucó, y la capacdad del servdor o se perde, so que se matee a u vel de prordad feror. S o llega gua petcó aperódca para usar esa capacdad, el tercambo de prordad cotúa co otra tarea de prordad feror hasta que la capacdad se emplee para servco aperódco ó sea degradada hasta el vel de prordad de procesameto e backgroud. Petcoes aperódcas s τ s τ Servdor s = Ts = T= τ τ 8 s

19 Servdor esporádco (sporadc server) Sporadc server se plafca como ua tarea peródca: (T, ) T: perodo : capacdad de eecucó El algortmo servdor esporádco (SS) dfere del servdor dferdo e ua pequeña dea, pero teórcamete mportate : la capacdad de eecucó o se rellea peródcamete. E vez de eso, la capacdad se rellea sólo s se cosume. El servdor esporádco matee su tempo de eecucó y vel de prordad hasta que se produzca ua petcó aperódca. El algortmo rellea la capacdad de eecucó del servdor después de que parte o todo el tempo de eecucó asgado sea cosumdo por la atecó a tareas aperódcas. El método de relleo de la capacdad del servdor es lo que lo dfereca de otros métodos. 9 Servdor esporádco (sporadc server) térmos ecesaros para explcar el método de relleo del tempo de eecucó del servdor esporádco: P s : Nvel de prordad de la tarea actualmete e eecucó. P : Nvel de prordad. {,,...} sedo P > P > P... Actvo: Estado que descrbe u vel de prordad P. cuado la prordad de la tarea actualmete e eecucó (P s ) es mayor o gual que P. Ps P Ocoso: Referdo a u vel de prordad P. cuado la prordad de la tarea actualmete e eecucó (P s ) es meor que P. Ps < P RT : Istate de relleo del vel de prordad. Istate e el que se restaura la capacdad del servdor esporádco del vel P. uado se actva el state de relleo, este es gual al state actual (t) más el perodo del servdor : RT = t + T Servdor esporádco (sporadc server) La plafcacó del relleo del servdor esporádco de vel cosste e determar: el state de relleo, RT la catdad de relleo. Ambos depede de: la capacdad dspoble por el servdor esporádco el estado (Actvo/Ocoso) del vel de prordad al que perteece el servdor. Servdor esporádco (sporadc server) Las reglas para la plafcacó del relleo de u servdor que se eecuta e el vel de prordad P so: S el servdor tee capacdad dspoble, RT se calza cuado P pase de Ocoso a Actvo. S se ha cosumdo la capacdad del servdor, RT o puede calzarse hasta que la capacdad del servdor sea mayor que cero y P esté actvo. La catdad de relleo se determa: cuado P pase a Ocoso, o be cuado la capacdad dspoble se haya cosumdo Su valor es gual al tempo de eecucó cosumdo desde la últma vez que el estado de P pasó de Ocoso a Actvo. Servdor esporádco (sporadc server) Servdor esporádco (sporadc server) Eemplo T= Eemplo T= SS τ τ 6 SS τ τ 6 P SS SS + + P P τ τ P τ P τ ss + + ss RT = + T = 6 RT = 8 + T = RT = + T = RT = 8 + T = 8 RT = + T = 9

20 Servdor esporádco (sporadc server) Servdor esporádco (sporadc server) Eemplo T= Eemplo T= τ SS. τ 6 τ SS τ τ P P τ P SS P SS P τ P τ ss + + ss RT =. + T =. RT = 8 + T = 8 RT = + T = RT = + T = 6 Servdor esporádco (sporadc server) Servdor co extraccó de holgura Eemplo P P P τ SS τ ss + T= τ SS τ RT = t + T Holgura : tempo de cómputo dspoble e eecucó. Las tareas o usa sempre todo el tempo de computo asgado y la utlzacó del procesador o suele ser el %. Hay varos algortmos para detectar la holgura exstete. La holgura calculada se usa para tratar los evetos aperódcos. So algortmos costosos y o garatza la exsteca de holgura dspoble. Para cada vel de prordad se calcula la máxma catdad de procesameto aperódco que puede realzarse durate u tervalo de tempo [t, t ] asegurado los plazos de respuesta de todas las tareas peródcas. Es ecesaro emplear u algortmo o-le por lo que el calculo será computacoalmete tesvo. 8 Servdor co extraccó de holgura Servdor co extraccó de holgura Slack stealg A dfereca de otros algortmos, éste o crea u servdor peródco para dar servco a tareas aperódcas Se crea ua tarea pasva, deomada extractor de holgura (Slack Stealer), que teta obteer tempo para dar servco a tareas aperódcas (mmzado su tempo de respuesta) robado todo el tempo de procesameto posble a las tareas peródcas s causar la pérdda de sus plazos. Esto es equvalete a extraer holgura de las tareas peródcas. S c (t) es el tempo de computacó restate e el state t, la holgura de la tarea es: 9 slack (t) = d -t-c (t) τ τ Petcoes aperódcas τ τ

21 Tareas co restrccoes de precedeca E certas aplcacoes, las tareas o puede eecutarse e u orde arbtraro so que debe respetar alguas relacoes de precedeca defdas e la etapa de dseño. Estas restrccoes especfca u orde de eecucó de tareas y se descrbe medate u grafo drgdo acíclco, G, dode las tareas se represeta como odos y las relacoes de precedeca medate arcos. E. Sstema de segumeto de avoes por radar: T : tarea de procesameto de señal : tarea de cálculo de trayectora T k precede a k para k =,... T E. Sstema de vsó artfcal para el recoocmeto de obetos sobre ua cta trasportadora medate dos cámaras. Se cosdera las sguetes tareas: Para cada cámara: adquscó de mage: acq y acq procesameto de mage de bao vel: edge y edge Tarea shape para extraer característcas bdmesoales a partr de los cotoros del obeto Tarea dsp para computar las dspardades de pxel a partr de las dos mágees Tarea H que calcula la altura del obeto a partr de los resultados de dsp Tarea rec que que realza el recoocmeto fal basado e H y shape acq edge dsp H rec acq edge shape La otacó T a < T b especfca que la tarea T a es u predecesor de la tarea T b, lo que sgfca que G cotee u camo desde el odo T a al odo T b e. T <, T < T La otacó T a T b especfca que la tarea T a es u predecesor medato de la tarea T b, lo que sgfca que G cotee u arco drgdo desde el odo T a al odo T b e. T, T Las tareas s odos predecesores se deoma tareas o odos cales. e. T Las tareas s odos sucesores se deoma tareas o odos termales. e. T, T T T T El problema de ecotrar ua plafcacó óptma para u couto de tareas co relacoes de precedeca es, e geeral, NP-hard. S embargo, bao certas suposcoes sobre las tareas es posble ecotrar algortmos óptmos que resuelva el problema e tempo polomal co el obetvo de mmzar el retraso máxmo. LF co restrccoes de precedeca y actvacó smultáea El problema de plafcar u couto de tareas co restrccoes de precedeca y actvacó smultáea puede resolverse e tempo polomal y de forma óptma segú u algortmo LF (latest deadle frst) (últmo plazo prmero). os algortmos mmza el retraso máxmo (lateess) (L = R - ), supoedo: actvacoes sícroas (smultáeas): Latest eadle Frst (LF ) actvacoes arbtraras co desaloo: Earlest eadle Frst (EF) 6

22 Eemplo LF LF co restrccoes de precedeca y actvacó smultáea Se costruye ua pla de plafcacó recorredo el grafo de precedeca desde las hoas (odos termales) a la raíz (odo cal): Etre las tareas s sucesores, o cuyos sucesores ya ha sdo seleccoados, LF seleccoa la tarea co el plazo (deadle) más leao para sertarla e la pla. Este procedmeto se repte hasta que se haya seleccoado todas las tareas. E tempo de eecucó, las tareas se extrae de la pla, de tal maera que la prmera tarea que se sertó e la pla será la últma que se eecute, metras que la últma sertada será la prmera e T T T T 6 eecutarse (LIFO) d T T T T 6 6 Especfcacoes LF{(T)} = LF{(T)} = LF{(T)} = (T) (T) (T) LF{(T), (T)} = LF{(T), (T), (T)} = LF{(T), (T), (T6)} = (T) (T) (T6) T T d d d d = d d 6 T T 6 L max = EF co restrccoes de precedeca y actvacó smultáea Eemplo EF T Se costruye ua cola de plafcacó recorredo el grafo de precedeca desde la raíz (odo cal) a las hoas (odos termales): Etre las tareas s predecesores, o cuyos predecesores ya ha sdo seleccoados, EF seleccoa la tarea co el plazo (deadle) más cercao para sertarla e la cola. Este procedmeto se repte hasta que se haya seleccoado todas las tareas. d T T T T 6 6 T T T 6 E tempo de eecucó, las tareas se extrae de la cola e orde FIFO. EF o es óptma co restrccoes de precedeca y d d d d = d d 6 T T T T 6 L max = L = actvacó smultáea. EF co restrccoes de precedeca y actvacoes dámcas El problema de plafcar u couto de tareas co restrccoes de precedeca, actvacoes dámcas y desaloo puede resolverse e tempo polomal, mmzado el retraso (lateess) (L = R-) máxmo fue resuelto por hetto, Slly y ouchetouf (99). La dea básca cosste e trasformar el sstema orgal de tareas depedetes e otro couto s relacoes de precedeca y co atrbutos temporales modfcados. áscamete, se modfca todos los states de actvacó y los plazos límte de tal forma que cada tarea o empece EF co restrccoes de precedeca y actvacoes dámcas La trasformacó del sstema orgal de tareas depedetes e otro couto de tareas depedetes s relacoes de precedeca se realza e los sguetes pasos:.- se costruye u grafo drgdo (G) represetado las relacoes de precedeca.- se trasforma los states de actvacó.- se trasforma los states límte.- E tempo de eecucó, las tareas se eecuta segú el algortmo de plafcacó EF (meor plazo límte prmero) ates de sus predecesores y o desaloe a sus sucesores.

23 .- ostruccó de u grafo drgdo (G) represetado las relacoes de precedeca: Nodos N(G) : tareas Arcos drgdos E(G) : relacoes de precedeca T a < T b : T a es u predecesor de T b exste u camo de T a a T b e G.- Trasformacó de los states de actvacó: Para los odos cales, a * = a Sea τ tal que su tempo de actvacó o se ha modfcado, pero sí el de todos sus predecesores medatos. Se modfca a así: * a = max a, max τ τ k * ( a + ) k k T a T b : T a es u predecesor drecto de T b exste u arco drgdo de T a a T b e G.- Trasformacó de los tempos límte (deadle) Eemplo Para los odos termales, d * = d Sea τ tal que su tempo límte o se ha modfcado, pero sí el de todos sus sucesores medatos. Se modfca d así: * d = m d, m τ τ k * ( d ) k k A E F G Tarea A E F G a a * d d * 8 OJO: Σ = la últma tarea e eecutarse perderá los plazos, pero el algortmo mmza el retraso máxmo. 6 A E F Eemplo A E F Tarea A E F a 7 9 d 8 6 G Perde el deadle L max = L G = 7 8

24 A A E F..- agrama de plafcacó co polítca EF, gorado todas las restrccoes de precedeca..- agrama de plafcacó co polítca EF que actve ua tarea úcamete después de que su predecesor haya falzado su eecucó. A A E F E F E F Perde el deadle L max = L max = L =..- Polítca EF co modfcacó de los states de actvacó y plazos límte. Tarea a a * d A A E 8 6 E 7 7 F F 9 9 d * 8 6 A E F A E F * a = max a, max τ k τ * d = m d, m τ τ k * ( ak + k ) * ( dk k ) Modfcacó de los states de actvacó y plazos límte. A E A F E F agrama de plafcacó co polítca EF, cosderado las restrccoes de precedeca, y modfcado los states de actvacó y plazos límte. L max =