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Publié par | Thesee |
Nombre de lectures | 37 |
Langue | English |
Poids de l'ouvrage | 2 Mo |
Extrait
AVERTISSEMENT
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soutenance et mis à disposition de l’ensemble de la communauté
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http://www.cfcopies.com/V2/leg/leg_droi.php
http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm
Institut National Polytechnique de Lorraine
Département de la formation doctorale en Informatique Ecole doctorale IAE+M
Garantir la qualité de service
temps réel selon l’approche
(m,k)-firm
THESE
Présentée et soutenue publiquement le 14 Février
2007 Pour l’obtention du
Doctorat de l’Institut National Polytechnique de Lorraine
(Spécialité Informatique)
Par
LI Jian
Composition du Jury
Président JeanYvesMarion,Prof.àLORIAINPL
Rapporteurs PascaleMinet,ChargéderechercheàINRIARocquencourt
PascalLorenz,Prof.àl’UniversitédeHauteAlsace
Examinateurs PascalRichard,MaîtredeconférenceàLISI/ENSMA
ManLin,AssociateProf.àSt.FrancisXavierUniversity,Canada
FrançoiseSimonotLion,Prof.àLORIAINPL
Directeur de thèse YeQiongSong,Prof.àLORIAINPL
Codirecteur de thèseNicolasNavet,ChargéderechercheàINRIALorraine
LaboratoireLorraindeRechercheenInformatiqueetsesApplicationsUMR7503
Introduction générale
Aujourd’hui, la technologie temps réel est omniprésente, et de plus en plus
d’infrastructuresdépendentd’elle.Lesdomainesdesapplicationstypiquesducalcul
tempsréeletdelacommunicationtempsréelincluentlecontrôledesprocédésindus
triels, la fabrication, l'avionique, la commande de trafic aérien, les multimédia, les
télécommunications(l'autoroutedel'information),latélémédicineetlesoinintensif
surveillé,ladéfense,etc.
Danslessystèmesdecontrôletempsréel,lestâchessonthabituellementpé
riodiques et ils ont des contraintes de l’échéance, avant lesquelles chaque instance
d'unetâchedevraitaccomplirsoncalcul.Danslescasdéfavorablesoùilyalescom
posantsenpannes,lestechniquesd’unereconfigurations’appliquepourrestaurerdes
échecsdeprocesseur;quiassignenttouteslestâchesauxprocesseursenétat.Cette
reconfigurationpeutconduireàlasurchargedeprocesseuràpointqu'iln'estpluspos
sibledesatisfairetoutesleséchéancesdestâches.D'ailleurs,bienquelabandepas
santedesréseauxd’aujourd’huisoitrelativementabondante,l'apparitiondesnouvel
lesapplicationsdel'Internet,tellesquelatransmissionaudio/vidéomultimédia,mè
nentaumêmeproblèmedesressourceslimitéesqu'avant.
Généralementlessystèmesfonctionnentpendantdelonguespériodesdansdes
environnements non déterministes assujettis à des fautes, tant que possible, ils de
vraientpouvoirtolérerlesfautesetcontinuerdefonctionnercorrectement.Ladégra
dationcontrôlée(gracefuldegradation)estunemanièredefournirunniveauréduitde
serviceplutôtqued'échouercomplètementencasdesurchargedesystèmeouencas
defautesinattendues.Parexemple,lesfluxmultimédiasonthabituellementlestaux
detransmissionvariablesetpeuventtolérerdeséchéancesratéesoudespaquetsper
dusàconditionqu’ilssoientespacéscorrectementdansletemps,cefaitestdûàla
redondance dans le code et la tolérance de perception humane. Jusqu'à maintenant,
commentmesurerexactementleQoSrésultantedesapplicationsmultimédiaresteen
coreunequestionouverte.
Ilexistededifférentescontraintestempsréelselonlesapplicationsetsurtout
en termes de leur niveau de tolérance aux fautes temporelles. Formellement, la
contraintetempsréelpeutêtreclassifiéedansletempsréeldur(hardrealtimeHRT),
letempsréelsouple(softrealtimeSRT),etletempsréelfirm(firmrealtime).Un
système temps réel dur exige de servir toutes les instances avant leurs échéances.
Cette condition rigoureuse, d'une part, n'est pas nécessaire pour tous les systèmes
puisqu’uncertainnombred’échéancesratéesesttolérablepourcertainesapplications.
D'unautrepart,l'occurrencedesfautes(parexemplel’échéanceratée,paquetsperdus,
etc.) ne peut pas toujours être évitée pour les systèmes temps réel adaptatifs parce
que,essentiellement,lessystèmesetsesenvironnementsnesontpasentièrementpré
visiblesàl'avance.
Parcontre,lessystèmessouscontrairestempsréelsouple(softrealtimeSRT)
peutaccepteruncertainnombred’échéancesratéesdetempsentemps,quiaumieux
estexprimépardesgarantiesprobabilistesoudestatistiques.Cependant,ladégrada
tion contrôlée exige non seulement la fiabilité mais également la disponibilité. Par
exemple,beaucoupdefautesquiseproduisentdansunintervallecourtpeuventmener
àunedégradationstatistiquementacceptablepourquelquesapplications,néanmoins
ladensitédesfautespeutêtrenuisiblepourquelquesautresapplications.
Parconséquent,lacontraintetempsréelfirm(firmrealtime:FRT)[Ramana
than95]s’avèreintéressantepouréviterlecasoùil yaun grandnombredefautes
consécutives dans un intervalle court. En particulier, la contrainte «(m, k)firm»
exigequ'aumoinsminstancesdevraientêtrefinisavantleurséchéancesparmin'im
portequelkinstancesconsécutives.
Étroitementliéeauxcontraintestempsréelfirmest«weaklyhardrealtime»
(WHRT)quimetdesrestrictionssurlenombred’échéancesquipeuventêtreratées
(ou doivent être rencontrées) dans un certain nombre d’échéances consécutives. Et
quelquepart,letempsréel«(m,k)firm»aétésuggérépourêtreunesousclassede
2WHRT[Bernat01].Bienqu'ilstouslesdeuxcontraindrentdeséchéancesratéesàune
limite précise, une différence inhérente existe entre les deux types de contraintes
tempsréel.Enfait,leFRTsupposequ'ilestinutiled’exécuterl'instancesiellenepeut
pasêtreentièrementfinieavantsonéchéance.Tandisque,sousWHRT,uneinstance
est encore exécutée quand elle excède son échéance et peut causer la suspension
d’ellemême. De notre point de vue, WHRT est une sousclasse de SRT. Récipro
quement,FRTpeutêtreconsidérécommeunordonnancementactifauxfautespourle
system,quijettel’instancequandellen'estpaspossibledefiniravantsonéchéance.
Ce rejet actif peut réduire la quantité de travail à l'avenir pour le processus
d’ordonnancement, et le facilite, en comparaison de WHRT, pour ordonnancer les
instancessuivantes.Enoutre,FRTpeutéviterlapertedesressourcesparl’exécution
inutiledesinstancesquinesatisfontpasleurscontraintes.
Lebutdessystèmestempsréeladaptatifsestdefournirdesgarantiesdeper
formances acceptables a priori au niveau de système et de fournir la dégradation
contrôlée en présence des fautes. Ceci exige un certain genre de détermi
nisme/prévisibilité,quiimpliqueque,ayantprétentionsdelaquantitédetravailetcer
tainestolérancesauxfautes,ondoitpourvoirdimensionnerlesressourcesexigéesau
momentdelaconception.
Denotrepointdevue,lacontrainte(m,k)firmfournituncadreconvenableet
puissant pour indiquer le niveau de la tolérance aux fautes. Nous choisissons de
concentrercettethèsesurl'utilisationdelacontraintes(m,k)firmdanslessystèmes
tempsréeladaptatifs.Ledéfidelarechercheestdedévelopperlestechniqueseffica
cesde gestionderessources enutilisantla contrainte(m, k)firm etd'évaluerleurs
exécutionsdanslecontextedelatransmissiontempsréeladaptativedesystèmesde
contrôlecommande et de multimédia. Traditionnellement, la garantie de la QoS
(QualityofService)tempsréelestréaliséeenréservantàl'avancelesressourcesselon
lepirescas,appelélesurapprovisionnement,etilinduituntauxd’utilisationdesres
sourcesbasse.Évidemment,sifaisable,ilvautmieuxderéserverlaressourceselonle
tauxmoyendelacharge,etdejeterquelquesdemandesencasdesurcharges.Cefait
estplusefficaceàl’utilisationderessourceplutôtquederéserverbeaucoupplusde
ressourcesengarantissanttouteslesdemandesdanslepirecas.Autrementditque,le
3problèmeprincip