maisМоделирование и анализ информационных системModeling and Analysis of Information Systems1818-10152313-5417Yaroslavl State University10.18255/1818-1015-2016-6-673-687mais-406Research ArticleОригинальные статьиArticlesИмитационное моделирование для анализа выполнимости приложений реального времениAnalysis of Real-Time Applications Feasibility through Simulationhttps://orcid.org/0000-0001-6692-8432БарановС. Н.BaranovS. N.

д-р. физ.-мат. наук, проф., СПИИРАН, Кронверкский пр., 49, г. Санкт-Петербург, 197101 Россия

Doc. Nat. Sci., 49 Kronverksky pr., St.Petersburg 197101, Russia

SNBaranov@gmail.comНикифоровВ. В.NikiforovV. V.

д-р. тех. наук, проф., СПИИРАН, 14-я линия 39, г. Санкт-Петербург, 199178 Россия

Doc. Nat. Sci., 14 liniya 39, St.Petersburg 199178, Russia

nik@iias.spb.suУниверситет ИТМОРоссияSPIIRAS, ITMO UniversityRussian FederationSPIIRASRussian Federation201620122016236673687Copyright © Баранов С.Н., Никифоров В.В., 20162016Баранов С.Н., Никифоров В.В.Baranov S.N., Nikiforov V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.mais-journal.ru/jour/article/view/406

Описывается развиваемый авторами подход к проверке выполнимости многозадачных приложений реального времени в различных сочетаниях дисциплины планирования и протокола доступа к разделяемым общим информационным ресурсам при исполнении данного приложения на многоядерной вычислительной платформе. Структура приложения задается в виде простого формализованного профиля, состоящего из сегментов трех видов, и описывающего доступ задач приложения к разделяемым информационным ресурсам; для каждого сегмента дается оценка необходимого ему объема вычислительного ресурса процессора. В основе данного подхода лежит введенное авторами понятие плотности программного приложения, которое характеризует потенциальную эффективность использования вычислительного ресурса приложением с определенным профилем. Значение эффективности определяется путем оценки выполнимости приложения с заданным профилем в зависимости от производительности процессора. Практическим инструментом для такой оценки служит разработанная авторами программа имитационного моделирования, обеспечивающая более точные, по сравнению с известными аналитическими методами, оценки. Приводится архитектура этого инструмента и общие сведения по его двум разнородным реализациям, а также представленные графиками результаты проведенных с их помощью экспериментов на ряде эталонных примеров, включая конфигурации Лю-Лейланда многозадачного приложения реального времени, вместе с их анализом и объяснением. Предложенный подход позволяет находить и выбирать оптимальное сочетание дисциплины планирования и протокола доступа для многозадачного приложения с заданным профилем.

An approach to estimate feasibility of a real-time multi-task application with various combinations of the scheduling mode and the protocol of access to shared informational resources when run on a multi-core platform is described. The application structure is specified through a simple formalized profile consisting of segments of three types and specifying access to informational resources shared among application tasks, the amount of the required computing resource being estimated for each segment. The approach is based on the notion of application density introduced by the authors, which characterizes the use of computational resource by this application and is derived from estimation of the application feasibility for various values of processor performance and the number of its cores in case of a multi-core platform. The overall structure of a simulation tool for estimation of the task response time (and therefore, application feasibility) is described, which provides more exact data compared to the known analytical methods where they are applicable. Two dissimilar implementations of this tool were developed and run on a number of benchmarks, including Liu-Layland configurations specified in the described formalism for application structure; the results in form of charts are presented along with their analysis and interpretation. The suggested approach allows to indentify an optimal combination of the scheduling mode and access protocol for the given multi-task application structure.

имитационное моделированиереальное времяплотность приложенийвыполнимость приложенийsimulationreal-timeapplication densityapplication feasibilityReferencesLiu C., Layland J., “Scheduling Algorithms for Multiprocessing in a Hard Real-Time Environment”, Journal of the ACM, 20:1 (1973), 46–61.Liu C., Layland J., “Scheduling Algorithms for Multiprocessing in a Hard Real-Time Environment”, Journal of the ACM, 20:1 (1973), 46–61. DOI: 10.1145/321738.321743.Andersson B., Baruah S., Jonsson J., “Static-Priority Scheduling on Multiprocessors”, Proc. 22nd IEEE Real-Time Systems Symposium, 2001, 193–202.Andersson B., Baruah S., Jonsson J., “Static-Priority Scheduling on Multiprocessors”, Proc. 22nd IEEE Real-Time Systems Symposium, 2001, 193–202. DOI: 10.1109/REAL.2001.990610.Laplante P.A., Real-Time Systems Design and Analysis, John Wiley & Sons, Inc., 2004.Laplante P.A., Real-Time Systems Design and Analysis, John Wiley & Sons, Inc., 2004. DOI: 10.1002/0471648299.Baker T., “Multiprocessors EDF and Deadline Monotonic Schedulability Analysis”, Proc. 24th IEEE Real-Time Systems Symposium, 2003, 120–129.Baker T., “Multiprocessors EDF and Deadline Monotonic Schedulability Analysis”, Proc. 24th IEEE Real-Time Systems Symposium, 2003, 120–129. DOI: 10.1109/REAL.2003.1253260.Andersson B., “Global Static-Priority Preemptive Multiprocessor Scheduling with Utilization Bound 38%”, Proc. 12th International Conference on Principles of Distributed Systems, 2008, 73–88.Andersson B., “Global Static-Priority Preemptive Multiprocessor Scheduling with Utilization Bound 38%”, Proc. 12th International Conference on Principles of Distributed Systems, 2008, 73–88. DOI: 10.1007/978-3-540-92221-6_7.Baranov S.N., “Real-Time Multi-Task Simulation in Forth”, Proc. 18th Conf. FRUCT Association, 2016, 21–26.Baranov S.N., “Real-Time Multi-Task Simulation in Forth”, Proc. 18th Conf. FRUCT Association, 2016, 21–26. DOI: 10.1109/FRUCT-ISPIT.2016.7561503.Baranov S.N., Nikiforov V.V., “Application Density and Feasibility Checking in Real-Time Systems”, System Informatics, 2016, № 7, 1–9.Baranov S.N., Nikiforov V.V., “Application Density and Feasibility Checking in Real-Time Systems”, System Informatics, 2016, № 7, 1–9.Baranov S.N., Nikiforov V.V., “Density of Multi-Task Real-Time Applications”, Proc. 17th Conf. FRUCT Association, 2015, 9–15.Baranov S.N., Nikiforov V.V., “Density of Multi-Task Real-Time Applications”, Proc. 17th Conf. FRUCT Association, 2015, 9–15. DOI: 10.1109/FRUCT.2015.7117964.Никифоров В.В., Программа ОЭКПП для оценки эффективности конфигураций программных приложений, Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2016618872 от 9 августа 2016 (RU), 2016, http://www1.fips.ru/wps/portal/Registers/Nikiforov V. V., Program OEKPP for Estimating the Efficiency of Software Application Configurations, Certificate of computer program registration number 2016618872 of 9 August 2016 (RU), 2016, http://www1.fips.ru/wps/portal/Registers/Баранов С.Н., Программа RTMT для имитационного моделирования исполнения многозадачных приложений, Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2016613095 от 16 марта 2016 (RU), 2016, http://www1.fips.ru/wps/portal/Registers/Baranov S. N., Program RTMT for Simulation of Multi-Task Application Behavior, Certificate of computer program registration number 2016613095 of 16 March 2016 (RU), 2016, http://www1.fips.ru/wps/portal/Registers/Forth 200x, 2016, http://www.forth200x.org/forth200x.html.Forth 200x, 2016, http://www.forth200x.org/forth200x.html.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.