Real-time fixed and dynamic priority driven scheduling algorithms: theory and experience

There are two main positions regarding real-time scheduling algorithms. The first is based on fixed priorities and the second makes use of dynamic priorities such as deadlines. These two approaches have never really been compared because the emphasis has always been on the ease of implementation rather than the efficiency of the algorithms and the complexity of the associated feasibility conditions. In addition to traditional real-time applications, we believe that starting to look at these two criteria will be very important from the point of view of providing admission control mechanisms and real-time guarantees on large distributed systems like the Internet network. To that end, our purpose is first to provide a general framework based, on the one hand, a representation of preemptive, real-time scheduling in an algebraic structure that enables us to evaluate the distance of the optimality of any scheduling algorithm ; and on the other hand, a consistent representation of the associated feasibility conditions that enables us to evaluate the number of basic operations. As a second step, considering several kinds of traffics, we initiate the comparison by a straight, but limited, application of our general framework. Our preliminary results will notably highlight, in the cases where deadlines are all greater than periods, that fixed priority schedulers (like deadline monotonic) behave as well as EDF while the worst-case response time analysis is less complex. The same observation is valid when the task sets are almost homogeneous but is in favor of EDF in the general case or when a simple feasibility analysis is needed. Therefore, it might be of interest, given a real-time scheduling context (spanning from small embedded systems to large distributed systems), to take into account these two extra criteria in order to find a right trade-off among several possible solutions. Key-words: busy period, comparison, complexity, efficiency, dynamic priority, fixed priority, preemptive, real-time, scheduling. 1. INRIA, Projet REFLECS, B.P. 105, 78153 LE CHESNAY Cedex (France) Email: {Jean-Francois.Hermant, Nicolas.Rivierre}@inria.fr 2. CNET, France Télécom, PAA/TSA/TLR, 38-40, rue du Général Leclerc, 92794 ISSY-LES-MOULINEAUX Cedex 9 (France) Email: [email protected] Ordonnancement temps réel statique et dynamique: théorie et expérience Résumé : Il existe deux principales familles d’algorithmes d’ordonnancement temps réel, la première s’appuyant sur des priorités fixes et la seconde sur des priorités dynamiques de type échéances. Celles ci n’ont jamais été vraiment comparées l’une à l’autre, si ce n’est en termes de mise en oeuvre. Notre propos est d’initier une telle comparaison en termes d’efficacité des algorithmes ainsi que de complexité des conditions de faisabilité associées. Au delà des applications temps réel traditionnelles, commencer à considérer ces deux critères nous semble devenir critique dans la perspective de la fourniture de mécanismes de contrôles d’admission et de garanties temps réel sur de grands systèmes répartis tels qu’Internet. Dans un premier temps, nous introduisons un cadre général basé, d’une part, sur une représentation de l’ordonnancement temps réel préemptif sous forme de structure algébrique permettant d’évaluer la distance à l’optimalité de tout algorithme et, d’autre part, sur une représentation homogène des conditions de faisabilité associées permettant d’évaluer le nombre d’opérations élémentaires induites. Dans un deuxième temps, considérant différents types de trafics, nous initialisons la comparaison par une application directe, mais limitée, de notre cadre général. Nos résultats préliminaires font notamment apparaître, lorsque les échéances des tâches sont toutes supérieures aux périodes que les algorithmiques d’ordonnancement à priorité fixes (comme Deadline Monotonic) se comportent aussi bien qu’EDF alors que l’analyse des pires temps de réponses des tâches est moins complexe. La même remarque s’applique en présence de tâches homogènes mais reste en faveur de EDF dans le cas le plus général ou lorsqu’une simple analyse de faisabilité est nécessaire. Il semble donc être intéressant, en fonction du contexte d’ordonnancement (allant du petit système embarqué jusqu’au grand système distribué) de faire intervenir les critères d’efficacité et de complexité pour choisir l’algorithme temps réel le plus adapté. Mots-clé : comparaison, complexité, efficacité, période occupée, priorité fixe, priorité dynamique, ordonnancement, préemptif, temps réel. Jean-François Hermant, Laurent Leboucher, Nicolas Rivierre 3