[发明专利]混合关键性容错系统动态资源管理方法及该方法的调度方法

说明书

本发明涉及实时和嵌入式系统设计技术领域，更具体地，涉及一种混合关键性容错系统动态资源管理方法及该方法的调度方法。资源管理协议RFHP在系统检测到瞬态故障发生时，根据当前系统资源的运行负载，自适应地在任务调度模型中添加中间层关键级，通过调整关键级对系统资源的利用率进行提升。同时提出了一种针对该协议的调度方法，通过资源管理协议与调度方法的配合，在保证系统稳定性和可调度性的前提下，避免了悲观的系统资源分配策略，通过灵活插入关键级实现了对系统资源利用率的进一步提升，由此提升了系统整体服务性能。

技术领域

本发明涉及实时和嵌入式系统设计技术领域，更具体地，涉及一种混合关键性容错系统动态资源管理方法及该方法的调度方法。

背景技术

在通用硬件平台上整合不同认证要求的安全关键性任务已经成为实时和嵌入式系统设计的发展趋势。对于安全关键的嵌入式系统，容错是系统设计中特别必要的，它能防止潜在的故障，以实现高的安全性和可靠性。目前，容错技术主要采用重新执行和检查点回滚技术处理故障的发生。重执行机制要求在故障出现时重新执行全部作业，是一种粗粒度的容错机制；检查点回滚机制则会在运行中阶段性保存系统状态，并在故障出现时将系统回滚至最近的正常检查点状态。

最近的一些研究已经集中于解决存在瞬时故障的混合关键性系统中容错任务映射与调度问题，解决满足混合关键性系统的安全需求和实时性能的调度问题。然而，这些研究都是在传统的混合关键性模型的基础上集成重执行容错机制。到目前为止，基于检查点回滚机制的灵活混合关键调度的研究还没有处于研究空白。其主要是因为，经典混合关键级系统模型存在一些悲观性假设问题：(1)经典混合关键级系统模型对于故障的处理不够灵活，在高关键级任务出现超时运行时，系统将抛弃所有的低关键级任务来保证高关键级任务的执行。这种过于悲观的资源分配方法严重影响了系统的实际运行性能。(2)现有双关键级系统模型的容错解决方案均采用重执行机制来处理系统瞬态故障，但是系统任务(尤其是较长流水线任务)的反复重新执行会严重消耗系统资源。由此看出，该方法无法识别不必要的计算任务，体现出过于粗粒度的缺点。

到目前为止，缺乏一种动态灵活的混合关键性调度机制来处理和检查点回滚机制中这种动态行为。因此，需要针对上述问题对混合关键性调度进行创新并整合检查点回滚机制中的细粒度动态调整行为，从而提高系统资源的利用效率进而提升系统性能。具体来说，需要从如下两个层面进行分析：

1.如何解决容错系统中出现瞬态故障任务时的系统合理调度问题。处理系统瞬态故障需要额外的计算资源和时间，此时不合理的系统调度将严重恶化任务的相应时间，最终导致系统性能恶化，因此一个合理的系统动态调度机制是十分必要的。

2.如何解决容错系统中用于解决瞬态故障的系统资源管理问题。当系统检测到出瞬态故障时，应该对现有可用资源进行评估和合理分配，因此需要满足系统可靠性要求的资源管理。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种混合关键性容错系统动态资源管理方法及该方法的调度方法，在保证系统稳定性和可调度性的前提下，避免了悲观的系统资源分配策略，提升了系统整体服务性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种混合关键性容错系统动态资源管理方法，资源管理协议RFHP在系统检测到瞬态故障发生时，根据当前系统资源的运行负载，自适应地在任务调度模型中添加中间层关键级，通过调整关键级对系统资源的利用率进行提升；所述的资源管理协议具体包括以下流程：

S1.对于存在运行截止期限越界的超时任务τ_j，该任务τ_j中的作业j正处于向关键级l_j切换的过程中；根据当前系统状态：

(1)定义当前系统的资源利用率为u_j(l_j-1)，该利用率可以通过底层系统进行监控；

(2)定义作业j的运行截止期限伸缩系数为用于实现对运行截止期限的灵活管理；