Sistemas de Tempo-Real

Transcrição

1 Aula 7 Acesso exclusvo a rescursos partlhados O acesso exclusvo a recursos partlhados A nversão de prordades como consequênca do bloqueo Técncas báscas para acesso exclusvo a recursos partlhados Herança de prordades (Prorty Inhertance Protocol PIP) Protocolo de tecto de prordades (Prorty Celng Protocol PCP) Protocolo de plha de recursos (Stack Resource Protocol- SRP)

2 Aula anteror (6) Escalonamento on-lne com prordades dnâmcas O crtéro EDF - Earlest Deadlne Frst: lmte de utlzação de CPU Optmaldade de EDF e comparação com RM: nível de escalonabldade, número de preempções, jtter de dsparo e tempo de resposta Outros crtéros de prordades dnâmcas: LLF (LST) - Least Laxty (Slack) Frst FCFS - Frst Come Frst Served 2

3 Recursos partlhados com acesso exclusvo Tarefas: o estado de Bloqueo Quando uma tarefa em execução tenta aceder a um recurso partlhado (e.g. uma porta de comuncação, um buffer em memóra) que está ocupado em modo exclusvo por uma tarefa pronta, a prmera dz-se que fca bloqueada. Quando o recurso é lbertado, a tarefa bloqueada fca novamente pronta para execução. Recurso lberto actvação Pronta despacho Bloqueada cração Dormente preempção Execução Recurso ocupado termnação 3

4 O fenómeno da nversão de prordades Num sstema de tempo real com preempção e com tarefas ndependentes, quando uma tarefa executa é porque detem a maor prordade nesse nstante. Contudo, quando as tarefas podem aceder em modo exclusvo a recursos partlhados, a stuação pode ser dferente. Quando uma tarefa em execução fca bloqueada, a tarefa bloqueante tem menor prordade. Quando a tarefa bloqueante executa (e quasquer outras de prordade nterméda) exste uma nversão de prordades. - Prordade + τ τ 2 τ 3 Inversão de prordade (B ) 4

5 O fenómeno da nversão de prordades A nversão de prordades é um fenómeno nevtável na presença de recursos partlhados de acesso exclusvo (ntrínseco ao bloqueo) Contudo, é fundamental lmtar e quantfcar o seu mpacto no por caso, para que se possa racocnar sobre a escalonabldade do conjunto de tarefas. Assm, as técncas usadas para garantr o acesso exclusvo a cada recurso (prmtvas de sncronzação) deverão permtr lmtar a zona de nversão de prordades e ser analzáves,.e. permtr quantfcar o por bloqueo que cada tarefa poderá sofrer. 5

6 Técncas para acesso exclusvo a recursos Prmtvas de sncronzação Inbção de nterrupções (dsable / enable ou cl / st) Inbção de preempção (no_preemp / preempt) Utlzação de locks ou flags atómcas (mutexes se bem que este termo por vezes também é usado para desgnar semáforos lock / unlock) Utlzação de semáforos (contador+lsta P / V ou wat / sgnal) 6

7 Técncas para acesso exclusvo a recursos Inbção de nterrupções Todas as restantes actvdades do sstema fcam bloqueadas! (não apenas outras tarefas mas também o atendmento a nterrupções externas e, prncpalmente, o atendmento do tck). Esta técnca é muto fácl de mplementar mas só deve ser usada com regões crítcas muto curtas (e.g. acesso a uma varável) Cada tarefa só pode ser bloqueada uma vez e pela duração da maor regão crítca das tarefas de menor prordade (ou menor deadlne relatva para EDF) mesmo quando não usa recursos!! - Prordade + τ τ 2 Bloqueo por nbção de nterrupções (B ) 7

8 Técncas para acesso exclusvo a recursos Inbção de preempção Todas as restantes tarefas do sstema fcam bloqueadas! (o atendmento a nterrupções, ncluíndo o do tck, não é afectado) Fácl de mplementar mas pouco efcente (causa bloqueos desnecessáros) Cada tarefa só pode ser bloqueada uma vez e pela duração da maor regão crítca das tarefas de menor prordade (ou menor deadlne relatva para EDF) mesmo quando não usa recursos!! - Prordade + τ τ 2 Bloqueo por nbção de preempção (B ) 8

9 Técncas para acesso exclusvo a recursos Utlzação de locks ou semáforos Apenas afectam as tarefas envolvdas na partlha de recursos. Implementação mas custosa mas mas efcente (causa bloqueos apenas às tarefas que acedem a recursos) Contudo, a duração dos bloqueos é bastante dependente do protocolo específco utlzado para gerr os semáforos Neste caso é partcularmente mportante que o referdo protocolo permta evtar: Bloqueos ndetermnados Bloqueos em cadea Deadlocks 9

10 Protocolo de Herança de Prordades (PIP Prorty Inhertance Protocol) A tarefa bloqueante (menos prortára) herda a prordade da tarefa bloqueada (mas prortára). Lmta a duração dos bloqueos evtando que tarefas de prordade nterméda executem enquanto a tarefa de menor prordade, a bloqueante, não termnar a respectva regão crítca. - Prordade + τ τ 2 τ 3 Sem herança de prordade P 3 Com herança de prordade P B P 2 P P 3 0

11 Protocolo de Herança de Prordades (PIP) Para majorar o tempo de bloqueo (B) note-se que uma tarefa pode ser bloqueada por qualquer tarefa de menor prordade:. com a qual partlhe um recurso (drecto) ou 2. que possa bloquear uma tarefa de maor prordade (ndrecto). Note-se anda que, na ausênca de acessos encadeados:. cada tarefa só pode bloquear outra uma vez 2. cada tarefa só pode fcar bloqueada uma vez em cada semáforo - Prordade + τ τ 2 τ 3 P 3 P B P P 2 P 3 Bloqueo drecto Bloqueo ndrecto e.g. τ S S 3 S τ τ τ

12 Protocolo de Herança de Prordades (PIP) Análse de escalonabldade (RM) n = R C k B + n. 2 k = Tk T wc C T = B = n + max n. 2.. n T C + B + k = R T wc k. C k e.g. C B e.g. S S 2 0 S 3 τ 5 T 30 7 τ 2 τ τ τ τ τ τ

13 Protocolo de Herança de Prordades (PIP) + Relatvamente fácl de concretzar (requer mas um campo no TCB, a prordade herdada) É transparente para o programador (cada tarefa só usa nformação local) Sofre de bloqueo em cadea e, prncpalmente, não evta deadlocks - Prordade + τ τ 2 τ 3 3 Deadlock por nestng de recursos

14 Protocolo de Tecto de Prordades (PCP Prorty Celng Protocol) Extensão ao PIP mas com uma regra sobre o acesso aos semáforos lvres (para garantr que todos os semáforos necessáros estão lvres) É defndo um tecto (celng) de prordade para cada semáforo gual à prordade mas elevada de entre as tarefas que o usam. Uma tarefa só pode passar um semáforo se o semáforo estver lvre e se a sua prordade for maor do que os tectos de todos os restantes semáforos correntemente fechados. C(S0)=P C(S)=P C(S2)=P2 - Prordade + Bloqueo drecto τ τ 2 τ 3 Bloqueo de tecto 4

15 Protocolo de Tecto de Prordades (PCP) O protocolo PCP apenas permte o acesso a um semáforo quando todos os restantes semáforos de que uma tarefa necessta estão lvres Para majorar o tempo de bloqueo (B) note-se que uma tarefa pode ser bloqueada por qualquer tarefa de menor prordade que use um semáforo cujo tecto seja pelo menos gual à sua prordade Note-se anda que cada tarefa só pode ser bloqueada uma vez - Prordade + τ τ 2 τ 3 e.g. τ S S 3 S τ τ τ

16 Protocolo de Tecto de Prordades (PCP) Análse de escalonabldade (RM) (só vara o cálculo de B ) n = R C k B + n. 2 k = Tk T wc C T = B = n + max n. 2.. n T C + B + k = R T wc k. C k e.g. C B e.g. S S 2 0 S 3 τ 5 T 30 9 τ 2 τ τ τ τ τ τ

17 Protocolo de Tecto de Prordades (PCP) + Bloqueos menores do que o PIP, lvre de bloqueos em cadea, lvre de deadlocks, Mas dfícl de concretzar (no TCB requer um campo para a prordade herdada e outro para o semáforo onde a tarefa está bloqueada para facltar a transtvdade da herança, requer anda uma estrutura para os semáforos com os respectvos tectos e dentfcação das tarefas que os estão a usar para facltar a herança) Não é transparente para o programador (tectos dos semáforos não são locas às tarefas) (Exste uma versão para EDF em que as tarefas bloqueantes herdam a deadlne das bloqueadas e os tectos dos semáforos usam as deadlnes relatvas (nível de preempção preempton level) ) 7

18 Polítca de Plha de Recursos (SRP Stack Resource Polcy) Semelhante ao PCP mas com uma regra sobre o níco de execução (para garantr que todos os semáforos necessáros estão lvres) Usa gualmente o conceto de tecto (celng) de prordade. Defne o nível de preempção (π preempton level) como a capacdade de uma tarefa causar preempção sobre outra (parâmetro estátco). Uma tarefa só pode ncar execução se o seu nível de preempção for maor do que o da tarefa em execução e do que os tectos de todos os semáforos correntemente fechados (tecto do sstema). C(S0)=π C(S)=π C(S2)=π2 - Nível de + preempção τ τ 2 τ 3 Bloqueo de preempção π 2 π π 2 π π 2 π π 2 π 2 8 Tecto do sstema

19 Polítca de Plha de Recursos (SRP) O protocolo SRP apenas permte o níco de execução de uma tarefa quando todos os recursos de que necessta estão lvres O majorante do tempo de bloqueo (B) é gual ao do protocolo PCP, apenas ocorre num momento dferente (níco de execução). Cada tarefa pode ser bloqueada apenas uma vez por qualquer tarefa de menor nível de preempção que use um semáforo cujo tecto seja pelo menos gual ao seu nível de preempção - Nível de + preempção τ τ 2 τ 3 Bloqueo de preempção π 2 π π 2 π π 2 π π 2 π 2 Tecto do sstema 9 e.g. τ S S 3 S τ τ τ

20 Polítca de Plha de Recursos (SRP) Análse de escalonabldade (RM) (só vara o cálculo de B ) C k B + n. 2 k = Tk T Análse de escalonabldade (EDF) C B k n + k = Tk T n = C T + B = n max n. 2.. n T n = C T + max =.. n B T R wc = C + B + k = R T wc k. C k e.g. τ C 5 T 30 9 τ τ τ 4 τ τ τ B e.g. τ S S S 3

21 Polítca de Plha de Recursos (SRP) + Bloqueos menores do que o PIP, lvre de bloqueos em cadea, lvre de deadlocks + Menor número de preempções do que com o PCP, adequação ntrínseca a prordades fxas ou a dnâmcas, e a recursos com múltplas undades (e.g. array de buffers) + Como não há bloqueos a meo da execução, as tarefas não necesstam de um stack ndvdual (pode usar-se um stack únco resultando em menores requstos de memóra) Mas dfícl de concretzar (teste de preempção mas complcado, requer o cálculo do tecto do sstema, mas complexo anda se se usam recursos com múltplas undades) Não é transparente para o programador (tectos dos semáforos...) 2

22 Resumo da Aula 7 Acesso exclusvo a recursos partlhados: bloqueo A nversão de prordades: necessdade de a lmtar e analzar Técncas báscas para acesso exclusvo a recursos partlhados Herança de prordades (Prorty Inhertance Protocol PIP) Protocolo de tecto de prordades (Prorty Celng Protocol PCP) Polítca de plha de recursos (Stack Resource Protocol- SRP) 22