Équilibrage de charge pour systèmes temps-réel - Éric Piel

Équilibrage de charge pour systèmes
temps-réel asymétriques sur
multi-processeurs
Mémoire de DEA d’informatique
filière conception de systèmes embarqués
Eric Piel
[email protected]
Responsables :
Jean-Luc Dekeyser
Philippe Marquet
Équipe WEST
Laboratoire d’informatique fondamentale de Lille
Université des sciences et technologies de Lille
France
Juin 2004

Résumé
Le sujet entre dans le cadre du projet européen ITEA HYADES qui vise à promouvoir
les machines SMP comme plate-forme pour des applications temps-réel de calcul inten-
sif. Un ordonnancement asymétrique pour le temps-réel, nommé ARTiS, a été proposé.
Des premières évaluations ont montré la faisabilité de la solution.
Le principe d’ARTiS est de distinguer deux types de processeurs, les processeurs
pouvant exécuter toutes les tâches et les processeurs interdisant l’exécution de fonctions
mettant en danger la qualité temps-réel du processeur. Lorsqu’une tâche tente d’exé-
cuter une telle fonction, elle est automatiquement migrée. La force du modèle ARTiS
est d’autoriser simultanément la réservation de ressources pour les applications temps-
réel et l’équilibrage de la charge entre les processeurs temps-réel et les processeurs non
temps-réel.
Le mécanisme d’équilibrage de charge original de Linux ne prend pas en compte
cette asymétrie entre les processeurs. Nous avons étudié et explicité l’ensemble des mi-
grations possibles entre processeurs. À partir de cette étude, il a été possible de spécifier
des modifications au mécanisme original. En particulier, nous proposons :
– l’utilisation de queues à accès non bloquants couplée à une politique de déclen-
chement active ;
– une politique de désignation locale estimant les migrations futures des tâches ;
– un calcul de la charge des processeurs distinguant la charge des tâches temps-réel
des autres tâches.
Enfin, l’implantation dans le noyau ARTiS est en cours et des protocoles de mesures
ont été écrits afin de vérifier et d’estimer les améliorations apportées par cette implan-
tation.
Mots clés : Équilibrage de charge, temps-réel, ordonnancement, SMP, multi-
processeur, Linux.

Abstract
The subject is part of the ITEA european project HYADES which attempts to promote
SMP computers as platforms for HPC real-time applications. An asymmetric real-time
scheduling, called ARTiS, has been proposed. The first evaluations have proven viabil-
ity of the solution.
The principle of ARTiS is to distinguish two types of processors, the processors
which can execute every kind of task and the processors prohibiting execution of real-
time endangering functions. When a task attempts to execute such function, it will
be automatically migrated. The power of the ARTiS model is to allow simultanously
ressources reservation for real-time applications and load-balancing between real-time
and non real-time processors.
The Linux original load-balancing mechanism is not aware of this asymmetry be-
tween the processors. We have studied and listed all the possible migrations between
the processors. From this study, modifications to the orginal mechanism were specified.
More specificaly, we propose:
•the use of lock-free queues associated to a “push”trigger policy,
•a local designation policy which can estimate the probability of the future migra-
tions of the tasks,
•an evaluation of the processors load which distinguish between the real-time tasks
and the others.
Finally, the implementation into the ARTiS kernel is in progress and the design of
specific measurement tests were written in order to verify and estimate the enhance-
ments provided by this implementation.
Keywords: Load-balancing, real-time, scheduling, SMP, multi-processor, Linux.