DSRT Um escalonador dinâmico para sistemas de tempo real flexível.

Apresentação em tema: "DSRT Um escalonador dinâmico para sistemas de tempo real flexível."— Transcrição da apresentação:

1 DSRT Um escalonador dinâmico para sistemas de tempo real flexível

2 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

3 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

4 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

5 Arquitetura AplicaçãoResource Broker Escalonador de Recursos Monitor Solicitação de Recursos ID da reserva ou sugestão de parâmetros alternativos Aloca Recursos Envia dados de desempenho DSRT

6 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

7 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

8 TAST

9 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

10 Negociação

11 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

12 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

13 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

14 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

15 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

16 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

17 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!

18 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)

19 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

20 Exemplos Exponencial Estatística

21 Interface de Programação Chamadas de função disponíveis em C++ e Java Três fases teste de processamento reserva de recursos execução

22 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

23 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

24 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.

25 // Fase de teste cpu.probe(); cpu.start(); for(int i=0; i<numProbeIterations; i++){ doJob(); cpu.yield(); } cpu.probeEnd() cpu.probeMatch(&reservation); // Fase de reserva CpuApi cpu; cpu.reserve(reservation); cpu.setAdaptStrategy(strategy); // Fase de execução cpu.start(); for(int i=0; i<numIterations; i++){ doJob(); cpu.yield(); } cpu.free();

26 Implementação em UNIX Escalonador deve ser executado com permissão de root Agendamento das tarefas é feito através da troca das prioridades dos processos PrioridadeProcesso Tempo Real maiorEscalonador 2º maiorProcesso TR executando...Não usado Time SharingqualquerQq processo TS Tempo Real em espera menor Processos TR esperando Escalonador gasta duas trocas de contexto + algumas system calls para mudança de prioridade dos processos

27 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”

28 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

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30 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)

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