Exécution prédictible sur processeurs pluri-coeurs

Predictable execution on many-core processors

• Auteur / Autrice : Quentin Perret
• Direction : Claire Pagetti, Eric Noulard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Réseaux, télécom, système et architecture
• Date : Soutenance le 25/04/2017
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Office national d'études et recherches aérospatiales (Toulouse, Haute-Garonne). Département Traitement de l’Information et Modélisation (DTIM)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Équipe d'accueil doctoral Modélisation et ingénierie des systèmes (Toulouse, Haute-Garonne)
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Puaut
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Luc Béchennec, Claire Maiza, Pascal Maurere, Pascal Sainrat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Grolleau, Laurent Pautet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ordonnancement (informatique)

Microprocesseurs multi-coeurs

Temps réel (informatique)

Mots clés libres

Pluri-Coeurs

Processeur

Placement

Ordonnancement

Prédictibilité

Avionique

Temps-Réel

Many-Core

Processor

Mapping

Scheduling

Predictability

Avionics

Real time

Résumé

Dans cette thèse, nous étudions l’adéquation de l’architecture distribuée des processeurs pluricoeurs avec les besoins des concepteurs de systèmes temps réels avioniques. Nous proposons d’abord une analyse détaillée d’un processeur sur étagère (COTS), le KALRAY MPPA®-256, et nous identifions certaines de ses ressources partagées comme étant les goulots d’étranglement limitant à la fois la performance et la prédictibilité lorsque plusieurs applications s’exécutent. Pour limiter l’impact de ces ressources sur les WCETs, nous définissons formellement un modèle d’exécution isolant temporellement les applications concurrentes. Son implantation est réalisée au sein d’un hyperviseur offrant à chaque application un environnement d’exécution isolé et assurant le respect des comportements attendus en ligne. Sur cette base, nous formalisons la notion de partition comme l’association d’une application avec un budget de ressources matérielles. Dans notre approche, les applications s’exécutant au sein d’une partition sont garanties d’être temporellement isolées des autres applications. Ainsi, étant donné une application et son budget associé, nous proposons d’utiliser la programmation par contraintes pour vérifier automatiquement si les ressources allouées à l’application sont suffisantes pour permettre son exécution de manière satisfaisante. Dans le même temps, dans le cas où un budget est effectivement valide, notre approche fournit un ordonnancement et un placement complet de l’application sur le sous-ensemble des ressources du processeurallouées à sa partition.

In this thesis, we study the suitability of the distributed architecture of many-core processors for the design of highly constrained real-time systems as is the case in avionics. We firstly propose a thorough analysis of an existing COTS processor, namely the KALRAY MPPA®-256, and we identify some of its shared resources to be paths of interference when shared among several applications. We provide an execution model to restrict the access to these resources in order to mitigate their impact on WCETs and to temporally isolate co-running applications. We describe in detail how such an execution model can be implemented with a hypervisor which practically provides the expected property of temporal isolation at run-time. Based on this, we formalize a notion of partition which represents the association of an application with a resource budget. In our approach, an application placed in a partition is guaranteed to be temporally isolated from applications placed in other partitions. Then, assuming that applications and resource budgets are given,we propose to use constraint programming in order to verify automatically whether the amount of resources requested by a budget is sufficient to meet all of the application’s constraints. Simultaneously, when a budget is valid, our approach computes a schedule of the application on the subset of the processor’s resources allocated to it.