DSRT

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 Solicitação de Recursos Aplicação Resource Broker ID da reserva ou sugestão de parâmetros alternativos Aloca Recursos Escalonador de Recursos Envia dados de desempenho Monitor 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 • 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

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)