DSRT

Um escalonador dinâmico para sistemas de tempo real

flexível

Motivação Aplicações de áudio/vídeo são

afetadas pelo tempo É preciso que os sistemas

operacionais ofereçam tempo de processamento suficiente e constante

Aplicações tradicionais também devem utilizar a CPU de forma justa

Criar um escalonador fora do kernel

Descrição Desenvolvido como um sistema

intermediário (middleware) Processo roda em nível de usuário Escalona tarefas periódicas (tempo real) e

aperiódicas Possui controle de admissão de processos Versões para Linux, SunOS, Irix e

Windows NT

Características Garante a alocação de CPU para processos que

utilizem divisão de tempo de processamento (time-sharing)

Proteção contra utilização excedente de processamento (overrun)

Teste de utilização de CPU Suporte a multiprocessadores Monitoração do escalonador Reserva de CPU para ser utilizada no futuro Se adapta dinamicamente às características dos

processos

ArquiteturaAplicação Resource

Broker

Escalonador de Recursos

Monitor

Solicitação de Recursos

ID da reserva ousugestão de parâmetros alternativos Aloca

Recurso

s

Envia dados dedesempenho

DSRT

Resource Broker Realiza

controle de admissão de pedidos alocação de recursos alteração de parâmetros liberação de recursos

Cliente faz solicitações da forma (Q, s, d) Q = Qualidade esperada do recurso (CPU) s = Tempo de início da requisição d = Duração da requisição

Estrutura de dados TAST (Timely Adaptive State Tree)

Folhas armazenam dois dados slot_load = carga reservada localmente event_list = lista de ações que devem ser

executadas naquele intervalo de tempo Nós armazenam dois dados

max_load = carga máxima dos seus filhos block_load = carga mínima em todos os

seus filhos

TAST

Algoritmo de Admissão 2 passos

Varre a TAST em busca de espaço para a alocação do recurso solicitado

Atualiza a TAST para refletir as mudanças

Caso a alocação não possa ser realizada, o sistema oferece alternativas viáveis ao cliente

Manter a qualidade de serviço e tempo de início, mas diminuir a duração

Manter o tempo de início e duração mas diminuir a qualidade do serviço

Manter a qualidade de serviço e a duração, mas alterar o início da reserva

Negociação

Escalonador de Recursos Utiliza o conceito de classes de CPU para

classificar os processos conforme seu padrão de processamento

Agenda os processos de todas as classes para utilizar a CPU, procurando garantir os contratos de QoS

Suporta processos com várias linhas de execução (multi-threaded)

Se adapta dinamicamente a excessos (bursts) e estouros (overruns) de processamento

Tipos de Garantia O DSRT oferece 2 tipos de garantias:

Garantia Flexível Garante o processamento reservado, mas

pode ser influenciada por interrupções de I/O e page faults

Garantia Estatística É definida uma porcentagem de excessos de

processamento (bursts) que terá agendamento garantido de processamento

Classes de CPU Os processos podem ser

classificados em 4 classes principais: Tempo de Processamento Periódico

Constante (PCPT) Tempo de Processamento Periódico

Variável (PVPT) Utilização do Processador Constante e

Aperiódica (ACPU) Eventos

Tempo de Processamento Periódico Constante (PCPT) Utilizada para aplicações que possuem

processamento constante durante período fixo

2 parâmetros devem ser especificados Período (P) Tempo de Processamento de Pico (PPT)

A cada P é garantido PPT de processamento

Caso o processamento ultrapasse PPT, não há garantias

Tempo de Processamento Periódico Variável (PVPT) Utilizada para aplicações que não possuem

processamento fixo em um determinado período de tempo

4 parâmetros devem ser especificados Período (P) Tempo de Processamento de Pico (PPT) Tempo de Processamento Mínimo (SPT) Tolerância a Excessos (BT)

A cada P há garantia flexível de SPT e garantia estatística de SPT + BT

Todo processamento que ultrapasse SPT + BT não é garantido

Utilização do Processador Constante e Aperiódica (ACPU) Utilizada com aplicações que

necessitem de alguma porcentagem do processador, sem período fixo

1 parâmetro deve ser especificado Utilização do Processador no Pico (PPU)

É garantido PPU% do tempo da CPU A cada iteração o processo deve

especificar seu próximo prazo

Eventos A reserva é feita para apenas um período 2 parâmetros devem ser especificados

Período (P) Tempo de Processamento de Pico (PPT)

É garantido PPT no período P

A classificação do processo pode ser feita automaticamente!

Partições de Processamento Requisitos de CPU são divididos em 3

partições: Partição de Tempo Real

Responsável por agendar as porções reservadas de CPU

Partição de Estouro Responsável por agendar os excessos (bursts) e

estouros (overruns) de processamento Partição de Divisão de Tempo

Responsável por agendar os processos tradicionais de divisão de tempo (time-sharing)

Estratégias de Adaptação As aplicações definem se querem e qual

o método 2 estratégias principais

Média Exponencial Calcula os valores de pico das duas últimas

iterações e com base em um fator calcula o valor de pico para a atual

Estatística Define-se quantos estouros (overruns) de

processamento podem ocorrer por iteração e o valor de pico é ajustado utilizando-se este valor

Exemplos

Exponencial

Estatística

Interface de Programação Chamadas de função disponíveis

em C++ e Java Três fases

teste de processamento reserva de recursos execução

Teste de Processamento probe (int period = 0)

Inicia a fase de teste de processamento da aplicação. Se for um processo periódico, deve indicar o tempo do teste.

probeEnd() Fim do teste de processamento

probeMatch(CpuReserve *cr) Devolve os parâmetros de reserva (classe de CPU,

período, tempo de processamento de pico, etc.) mais apropriados para o processo

Reserva de Recursos reserve(CpuReserve* cr, int pid=0)

Reserva os recursos descritos em cr para o processo de pid pid

modify(CpuReserve* cr, int pid=0) Modifica os recursos do processo pid para o

especificado em cr

setAdaptStrategy(AdaptStrategy *as, int pid=0) Escolhe a estratégia de adaptação do processo pid

free(int pid=0) Libera os recursos reservados

Execução start(timeval begin, int pid=0)

Inicia a execução em tempo real do processo pid no tempo futuro begin. Caso o tempo não seja especificado, é uma reserva imediata.

yield() Marca o fim de uma iteração do processo. Através desta

chamada são detectados estouros (overruns) e falta (underruns) de processamento.

stop(int pid=0) Pára temporariamente a execução em tempo real do

processo pid, permitindo que ele altere seus parâmetros de reserva.

// Fase de testecpu.probe();cpu.start();for(int i=0; i<numProbeIterations; i++){

doJob();cpu.yield();

}cpu.probeEnd()cpu.probeMatch(&reservation);

// Fase de reservaCpuApi cpu;cpu.reserve(reservation);cpu.setAdaptStrategy(strategy);

// Fase de execuçãocpu.start();for(int i=0; i<numIterations; i++){

doJob();cpu.yield();

}cpu.free();

Implementação em UNIX Escalonador deve ser executado com permissão de root Agendamento das tarefas é feito através da troca das

prioridades dos processosPrioridade Processo

Tempo Real

maior Escalonador2º maior Processo TR

executando... Não usado

Time Sharing qualquer Qq processo TSTempo Real em espera menor Processos TR

esperando

Escalonador gasta duas trocas de contexto + algumas system calls para mudança de prioridade dos processos

Implementação em NT Implementação semelhante à do UNIX, mas o

Windows possui apenas 4 classes x 7 prioridades = 28 prioridades

No Windows entretanto, se um processo estoura seu tempo de processamento, o temporizador pode deixar de acordar o escalonador

Para o Windows, assume-se processos “bem-comportados”

Monitor Utiliza um servidor LDAP Um processo paralelo ao

Escalonador recebe informações dele e atualiza o servidor LDAP

Um monitor remoto lê as informações do servidor LDAP e mostra ao usuário

Cenário de Teste Visualizador de mpeg mostrando um

vídeo a 10 fps 8 e 4 fps

Compilador gcc compilando o visualizador de mpeg

Programa calculando sen e cos Programa que copia frames para um

buffer circular (consumidor de memória)