Contribution à l’ordonnancement dynamique, tolérant aux fautes, de tâches pour les systèmes embarqués temps-réel multiprocesseurs

Online fault tolerant task scheduling for real-time multiprocessor embedded systems

• Auteur / Autrice : Petr Dobiás̆
• Direction : Emmanuel Casseau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 02/10/2020
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Rennes) - CAIRN
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : CAIRN

Mots clés

Mots clés contrôlés

Temps réel (informatique)

Systèmes embarqués (informatique)

Tolérance aux fautes (informatique)

Ordonnancement (informatique)

Nanosatellites

Mots clés libres

Approche de "Primary/Backup"

CubeSats

Multiprocesseurs

Placement dynamique

Systèmes embarqués temps réel

Tolérance aux fautes

CubeSats

Fault Tolerance

Multiprocessors

Online Scheduling

Primary/Backup Approach

Real-Time Embedded Systems

Résumé

La thèse se focalise sur le placement et l’ordonnancement dynamique des tâches sur les systèmes embarqués multiprocesseurs pour améliorer leur fiabilité tout en tenant compte des contraintes telles que le temps réel ou l’énergie. Afin d’évaluer les performances du système, le nombre de tâches rejetées, la complexité de l’algorithme et la résilience estimée en injectant des fautes sont principalement analysés. La recherche est appliquée (i) à l’approche de « primary/backup » qui est une technique de tolérance aux fautes basée sur deux copies d’une tâche et (ii) aux algorithmes de placement pour les petits satellites appelés CubeSats. Quant à l’approche de « primary/backup », l’objectif principal est d’étudier les stratégies d’allocation des processeurs, de proposer de nouvelles méthodes d’amélioration pour l’ordonnancement et d’en choisir une qui diminue considérablement la durée de l’exécution de l’algorithme sans dégrader les performances du système. En ce qui concerne les CubeSats, l’idée est de regrouper tous les processeurs à bord et de concevoir des algorithmes d’ordonnancement afin de rendre les CubeSats plus robustes. Les scénarios provenant de deux CubeSats réels sont étudiés et les résultats montrent qu’il est inutile de considérer les systèmes ayant plus de six processeurs et que les algorithmes proposés fonctionnent bien même avec des capacités énergétiques limitées et dans un environnement hostile.

The thesis is concerned with online mapping and scheduling of tasks on multiprocessor embedded systems in order to improve the reliability subject to various constraints regarding e.g. time, or energy. To evaluate system performances, the number of rejected tasks, algorithm complexity and resilience assessed by injecting faults are analysed. The research was applied to: (i) the primary/backup approach technique, which is a fault tolerant one based on two task copies, and (ii) the scheduling algorithms for small satellites called CubeSats. The chief objective for the primary/backup approach is to analyse processor allocation strategies, devise novel enhancing scheduling methods and to choose one, which significantly reduces the algorithm run-time without worsening the system performances. Regarding CubeSats, the proposed idea is to gather all processors built into satellites on one board and design scheduling algorithms to make CubeSats more robust as to the faults. Two real CubeSat scenarios are analysed and it is found that it is useless to consider systems with more than six processors and that the presented algorithms perform well in a harsh environment and with energy constraints.