HAL Id: tel-01752902
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Submitted on 6 Feb 2008
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Optimisation de l’ordonnancement sous contrainte de faisabilité
Mathieu Grenier
To cite this version:
Mathieu Grenier. Optimisation de l’ordonnancement sous contrainte de faisabilité. Réseaux et télé- communications [cs.NI]. Institut National Polytechnique de Lorraine - INPL, 2007. Français. �tel- 01752902v3�
Institut National Polytechnique de Lorraine
D´epartement de formation doctorale en informatique
Ecole doctorale IAEM Lorraine´
Optimisation de l’ordonnancement sous contrainte de faisabilit´ e
TH` ESE
pr´esent´ee et soutenue publiquement le 26 octobre 2007 pour l’obtention du
Doctorat de l’Institut National Polytechnique de Lorraine
(sp´ecialit´e informatique)
par
Mathieu Grenier
Composition du jury
Pr´esident : Maryline Silly-Chetto Rapporteurs : Pascal Richard
Gilles Muller
Examinateurs : Fran¸coise Simonot-Lion Nicolas Navet
St´ephan Merz
Maryline Silly-Chetto Jo¨el Goossens
Laboratoire Lorrain de Recherche en Informatique et ses Applications — UMR 7503
Remeriements
Cettethèseaétéréaliséeauseindel'équipeTempsRéeletInterOpérabilité(TRIO)duLORIAdirigée
parFrançoiseSimonot-Lion.
MesplusvifsremeriementsvontàFrançoiseSimonot-Lionet NiolasNavetmeso-direteursdethèse
sansquiettethèsen'auraitpuaboutir.Leurappuietl'intérêtqu'ilsontmanifestésàmonégardm'ont
permisde réaliserettethèsedans lesmeilleuresonditions.Ils m'ontaordébeauoupdetempset de
patiene,equim'apermisd'améliorerl'organisationdemesreherhesetlarédationdemesidées.
JetiensàexprimermesvifsremeriementsàMadameMarylineSilly-ChettoetMessieursPasalRihard,
GillesMuller,JoëlGoossens,StéphanMerzpourm'avoirfaitl'honneurdepartiiperàmonjurydethèse.
JeremerieégalementJean-PierreThomesse,XavierRebeufetMihelDufnerpourleursonseilsetleur
ollaborationonernantl'enseignement.UngrandmeriàLaureneBeninipoursespréieusesinforma-
tionslors desdéplaements et la gestion administrative. Je tiens aussi àremerier pour leur agréables
ompaniesLilianaCuu,RiardoSantos Marques(pourleursonseilsavisésdesenior), XavierGrand-
mougin,LionelHavet(pourFrozzenbubbles),JiaNing,FlaviaFeliioni,NajetBoughami,JianLi,Liping
Lu,ChenChungShue(ditCalvin),RaoulBrito,PhilippeHubertet touslesautresmembresdel'équipe
TRIO.
AEmilie
poursonsoutien.
Etàtoutemafamille.
Partie I Introdution
Chapitre1
Contexteet problématique
1.1 Tempsréelet ordonnanement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.1 Dénitionsdutempsréel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.1.2 Ordonnanementtempsréel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.1.3 Classiationdesalgorithmesd'ordonnanement . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2 Modélisationdusystème . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.1 Systèmemono-proesseur:modèledetâhe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.2 Systèmedistibué:modèledeux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.3 Générationaléatoiredesensemblesdetâhes/ux . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3 Problématiquetraitée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Chapitre 2 Étatde l'art 2.1 Faisabilitéetoptimalité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2 Optimisationdel'ordonnanement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2.1 Modélisationetajustementdesparamètresdestâhespériodiques . . . . . . . 11
2.2.1.1 Synthétiserl'ensembledetâhes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2.1.2 Ajuster lesparamètresdestâhes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2.2 Utilisationdenouveauxmodèlesdetâhes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2.3 Politiquesd'ordonnanementen-ligne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2.4 Construtiond'algorithmesd'ordonnanement . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2.4.1 Méthodeshors-ligne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2.4.2 Méthodesen-lignes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3 Conlusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Chapitre 3
Présentation des ontributions
3.1 Optimisationd'unemessageriesurbuspriorisé(hapitre4) . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.2 Nouvellespolitiquesàprioritéxedanslessystèmesosetfree (hapitre5) . . . . . 18
3.3 Congurationd'ordonnanementsousPosix1003.1b(hapitre6). . . . . . . . . . . . 19
Partie II Contributions Chapitre 4 Optimisationd'une messageriesur buspriorisé 4.1 Introdution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.2 Etatdel'art . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.3 Modélisation dusystèmeonsidéré. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.3.1 Modèledutra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.3.2 Dénition del'alloationdespriorités avelesfontionsdepriorités . . . . . . 26
4.4 Domained'étude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.4.1 Politiquesnon-préemptives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.4.2 Politiquesd'ordonnanementaeptables pourletempsréel . . . . . . . . . 28
4.4.3 Espae dereherhe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.5 Analysed'ordonnanementdespolitiquesNP-DDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.5.1 AnalysedupiretempsderéponsesousNP-EDF:rappel . . . . . . . . . . . . 31
4.5.2 PiretempsderéponsesousNP-EDF avedeserreursdeodage . . . . . . . . 32
4.5.3 PiretempsderéponsesousNP-DDAaveerreursdeodage . . . . . . . . . . 33
4.6 Expérimentations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.6.1 Espae dereherhe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.6.2 Performanesenregarddel'ordonnanement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.6.2.1 Critèresdeperformanes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.6.2.2 Conditionsdesimulation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.6.2.3 Inuenedesparamétres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.6.3 Performanesdelabouledeontrle-ommande . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.6.3.1 Aperçudel'arhiteture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.6.3.2 Critèresdeperformane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.6.3.3 Résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.7 Conlusionet perspetives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Chapitre 5
Nouvellespolitiquesà prioritéxe dans les systèmesoset free
5.1 Introdution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
5.2 Alloationdesosets:rappel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
5.2.1 Alloationoptimaled'oset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
5.2.2 Alloation"Dissimilaroset" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
5.3 Réduirelaomplexitédansleaspréemptif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5.3.1 Propriétésdel'ordonnanementàpriorité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5.3.2 Algorithmed'Audsleyavedesosetsxés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
5.3.3 UtilisationdeAudsleypourréduirel'espaedereherhesousunordonnane- mentpréemptif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5.4 Nouvellesheuristiquesd'alloationd'oset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
5.5 Expérimentations: leasmono-proesseurpréemptif . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
5.5.1 Algorithmed'Audsleypourréduirelaomplexité . . . . . . . . . . . . . . . . 52
5.5.2 Améliorerlafaisabilitéavelessystèmesàosetfree . . . . . . . . . . . . . . 55
5.5.3 Utilisationombinéedesheuristiques:omparaisonavel'optimal. . . . . . . 56
5.5.4 Performanesrelativesdesheuristiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
5.6 Expérimentations: leasdistribué non-préemptif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5.6.1 Dénition dessystèmesosetfreedansleadredistribué . . . . . . . . . . . . 59
5.6.2 Tempsderéponsedanslessystèmesosetfreedistribués . . . . . . . . . . . . 60
5.6.2.1 Modèledestransations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.6.2.2 Desux aumodèledetransation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
5.6.2.3 Analysedestempsderéponse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.6.3 Minimiserlestempsderéponse:leasdesmessageriesvéhiules . . . . . . . 64
5.6.3.1 Conditionsd'expérimentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5.6.3.2 Performanesrelativesdesheuristiques. . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5.7 Conlusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Chapitre 6 Congurationd'ordonnanementsousPosix 1003.1b 6.1 Introdution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
6.2 OrdonnanementsousPosix1003.1b:modèleetpropriétés . . . . . . . . . . . . . . . 69
6.2.1 OrdonnanementsousPosix1003.1b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
6.2.2 Modèledusystème . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
6.2.3 Hypothèses. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
6.2.4 Rappel:analysed'ordonnanementsousPosix[1℄ . . . . . . . . . . . . . . . . 71
6.2.5 OrdonnanementsousPosix1003.1b:propriétésdebase . . . . . . . . . . . . 73
6.3 Algorithmed'alloationoptimale:asduquantum onstant . . . . . . . . . . . . . . 75
6.3.1 AlgorithmeAudsley-RR-FPP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
6.3.2 Complexitéet amélioration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
6.4 Algorithmed'alloationoptimal: asduquantumspéiqueauxtâhes. . . . . . . . 80
6.4.1 AlgorithmeAudsley-RR-FPP
∗
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
6.4.2 Complexité etamélioration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
6.5 Approhesheuristiquespourdeplusgrandsensemblesdetâhes . . . . . . . . . . . . 85
6.5.1 Heuristique Load-RR-FPP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
6.5.2 Complexité danslepire-as . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
6.6 Expérimentations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
6.6.1 Conditionsd'expérimentation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
6.6.2 Évaluationdelaomplexité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
6.6.3 GainenfaisabilitéenregarddeFPP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
6.6.4 Inuenedelatailledesensemblesdetâhes . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
6.7 Conlusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
Partie III Conlusions Chapitre 7 Conlusions etperspetives Bibliographie 101 Partie IV Annexes AnnexeA Chapitre 1 A.1 Générationaléatoiredestâhes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
AnnexeB Chapitre 4 B.1 Éhellelogarithmiquepouroderlespriorités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
B.2 Erreurdeodage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
B.3 TravailplusprioritaireWi(a, t) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
AnnexeC
Chapitre 5
C.1 NETCAR-Analyzer: logiieldealul detempsderéponseetd'alloationd'osets . 115
C.2 Illustrationduproblèmesurl'algorithmedissimilaroset. . . . . . . . . . . . . . . . 115
AnnexeD Chapitre 6 D.1 Preuvesdelapropriété1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
D.1.1 Bornesurland'exéution:propriétésdebases . . . . . . . . . . . . . . . . 119
D.1.2 Preuve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
D.2 Preuvedelapropriété2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
D.3 Preuved'optimalitédeAudsley-RR-FPP ∗ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
Introdution
Contexte et problématique
Letravailprésentédansedoumentportesurl'ordonnanementtempsréeloptimiséd'ativitéssur
uneressoureunique.Deuxassontétudiés:leasdetâhesindépendantes périodiquess'exéutantsur
unproesseuretleasdeuxdemessagesindépendantspériodiquessurunréseaudeterrainaveaès
aumédium priorisé.
Partempsréel,nousentendonsrespetdesontraintesdetempsexpriméessurlesativitésdusystème;
eiamèneàtraiterunpremierproblèmequiesteluidelafaisabilité.Parailleurs,ledeuxièmeproblème
prisenompteportesurlanotiond'optimisation de l'ordonnanementet reouvredeuxonepts:
optimisation de l'utilisation de la plate-forme d'exéution : utiliser au mieux le potentiel de la
plate-forme d'exéution tout en garantissant le respet des ontraintes temporelles imposées au
système.Conrètement,elapermet soitd'aepter dessystèmesinduisantunehargeélevéesur
une plate-formedonnée, soit d'utiliser une plate-forme omposée de ressoures moins puissantes
pour un système donné. Dans les deux situations, l'usage de tout le potentiel de la plate-forme
permetd'utiliser desomposantsmoinsoûteuxet deréduiredemanièresigniativelesoûtsde
prodution,
optimisationdes ritères appliatifs dequalité de serviepropres àl'appliation : il s'agit de ga-
rantirla faisabilitétout enoptimisantlesperformanesde l'appliation.Parexemple, unobjetif
généralement visédans les appliations de ontrle-ommande est de minimiser la variabilité sur
lesdatesdend'exéution destâhes(ougigues).
L'objetifde lathèse est deonevoirdesalgorithmesd'ordonnanementtempsréel en-lignequi soient
faisableetqui optimisent l'ordonnanement.Danse ontexte,nous proposons d'aborder leproblème
enfournissantdesméthodeset despolitiquesd'ordonnanementgénériques, i.e., non-spéiquesàun
problèmedonnéet qui, de plus,doiventpouvoirêtre misesen oeuvresur desomposantsstandards
duommere.
1.1 Temps réel et ordonnanement
Avantd'introduirelesmodèlesutilisésetlaproblématiquetraitée,nousdénissonsl'ordonnanement
tempsréel.
