一种分布式系统时序关系建模与仿真分析方法技术方案

本发明专利技术提供了一种分布式系统时序关系建模与仿真分析方法，首先通过自底向上的方法对分布式嵌入式系统的关键组成部件进行抽象与建模，分别建立各部件的模型，然后建立分布式系统中系统资源与处理器的映射方式、任务之间的偏序关系、处理器间的同步协议等的模型，引入虚拟时钟的模型，用以实现对系统中时间的控制。本发明专利技术得到一个系统模型来描述分布式嵌入式系统，分别建立系统的处理器、资源、任务、通信网络及消息传递、端到端事务、任务偏序关系、时间距离约束的模型，通过系统仿真分析得到分布式嵌入式系统的各类时间指标、资源使用情况、任务时序关系等信息，对设计人员提供量化的指导，帮助设计人员对系统资源与任务进行合理规划。理规划。理规划。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式系统时序关系建模与仿真分析方法


[0001]本专利技术涉及分布式嵌入式系统
，特别涉及一种分布式系统时序关系建模与仿真分析方法。

技术介绍

[0002]当前分布式系统规模不断扩大，系统功能愈加复杂，系统中并发、任务依赖和资源竞争等情况引入更多不确定性，对系统时序建模和分析愈加困难。为解决上述问题，研究一种分布式系统的时序建模和仿真技术，对系统时序相关内容进行建模，包括系统中任务的时间属性、任务间偏序关系、处理器和资源的配置以及处理器间的同步等，并对系统的执行过程进行仿真，获取系统时序的仿真结果，为系统时序关系的设计和优化提供参考。

技术实现思路

[0003]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种分布式系统时序关系建模与仿真分析方法。首先通过自底向上的方法对分布式嵌入式系统的关键组成部件进行抽象与建模，分别建立各部件的模型，然后建立分布式系统中系统资源与处理器的映射方式、任务之间的偏序关系、处理器间的同步协议等的模型，在对系统进行仿真时，引入虚拟时钟的模型，用以实现对系统中时间的控制，在模型的基础上实现对系统的仿真。
[0004]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案的具体实现步骤如下：
[0005]步骤一、建立处理器模型；
[0006]首先给出分布式系统处理器模型的描述：
[0007]Processor＝<p_id,type,num,preemption,speed,scheduling_strategy,switch_time>
[0008]其中，p_id为处理器的标识，type表述处理器的类型，num表示此类型处理器的数量，preemption为处理器的抢占性，表示任务在处理器上的执行被抢占或者不能被抢占，speed为处理器运算速率，处理器的运算速率为一个相对值，处理器的运算速率会影响任务的执行时间，任务在运算速率为x1的处理器上的执行时间为c1，则在运算速率为x2处理器上的执行时间c2＝c1*(1/x)；scheduling_strategy为处理器所使用的调度策略，switch_time任务切换时间，表征每一次抢占所花费的时间；
[0009]步骤二、建立系统资源模型；
[0010]建立分布式系统中的各类资源的模型：
[0011]Resource＝＜preemption,num,type,requesttime,releasetime＞
[0012]其中，preemption为抢占性，表示资源是否可以被抢占；num为资源数量，描述该类资源的数量；type用来区分资源的类型，如共享数据对象、缓冲区、内存等可以使用不同的类型表示；requesttime表示任务请求此资源的时间开销；releasetime表示任务释放该资源的时间开销；
[0013]步骤三、建立任务模型
[0014]分布式系统的任务模型分为周期性任务和偶发性任务，系统中周期任务参数包括：任务标识、优先级、任务周期、释放时间、相位、最差执行时间、最差执行时间分布、响应时间、相对时限、绝对时限、利用率、时间裕量、阻塞时间、所在处理器和资源需求；偶发性任务参数包括任务标识、优先级、释放时间、抖动、最小时间间隔、最差执行时间、最差执行时间分布、响应时间、相对时限、绝对时限、时间裕量、阻塞时间、所在处理器和资源需求；
[0015]步骤四、建立通信网络与信息传递模型；
[0016]将分布式系统中的网络连接抽象为网络处理器，将分布式系统不同网络节点之间的信息传递抽象为消息传输任务；
[0017]网络处理器的模型为：
[0018]NetworkProcessor＝＜scheduling_strategy,bandwidth＞
[0019]其中：scheduling_strategy表示网络处理器中使用的调度策略；bandwidth表示网络带宽；
[0020]消息传输任务的模型为：
[0021]MessageTask＝<t_id,WCET,bandwidth,sourceProcessor,destionProcessoor>
[0022]其中t_id表示消息传输任务的标识，WCET表示消息传输任务的最差执行时间，bandwidth表示执行该任务需要的带宽，sourceProcessor表示发出该消息的处理器，destionProcessoor表示接受该消息的处理器；
[0023]步骤五、端到端事务(End
‑
to
‑
End Transaction)建模
[0024]定义完成一个特定功能的任务的集合，称为端到端的事务，简称事务；
[0025]Transaction＝<Sequences,release_time,deadline,response_time,utilization>
[0026]式中，Sequences表示该事务中的任务序列，不仅描述所包含的任务，还约束了任务的前后关系；release_time为事务的释放时间，使用第一个任务的释放时间来进行表示，deadline为事务的截止时间，使用最后一个任务的截止时间表示，事务的响应时间response_time为所有任务的执行时间之和，utilization利用率为所有任务的执行时间与最后一个任务截止时间和第一个任务释放时间之差的比值；
[0027]步骤六、任务的偏序关系；
[0028]对于任务间的偏序关系，包括以下几种类型：
[0029]前驱、后继、直接前驱、直接后继、AND/OR前驱、AND/OR后继；
[0030]如果任务K在任务T执行完成之前不能开始执行，则称任务T为任务K的前驱，任务K为任务T的后继，使用“<”描述任务之间的先后约束关系，即T<K；
[0031]直接前驱：如果任务T执行完成之后，K即可执行，则称T为K的直接前驱，称K为T的直接后继；
[0032]AND/OR前驱约束：如果一个任务存在多个直接前驱，那么在它所有的直接前驱完成之前必须等待，然后才能执行，则称为这样的任务为AND任务，他们之间的依赖关系称为AND优先约束。与AND优先约束相反，如果只要任务的一个或者一部分直接前驱已经完成，那么此任务在它的释放时间之后即可执行，则称此任务为OR任务。
[0033]AND/OR后继约束：在传统的模型中，一个任务所有的直接后继都必须执行，所有的约束都是AND约束。如果一个任务的直接后继为OR约束，那么此任务只有部分直接后继执
行，如果直接后继只有一个需要执行，则称该任务为条件块。
[0034]任务之间的偏序关系使用任务图进行描述；
[0035]步骤七、时间距离约束建模；
[0036]任务之间不仅有顺序约束，在某些情况下要求两个任务完成时间的差值在一定的范围之内，定义时间距离来描述此种情形，时间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分布式系统时序关系建模与仿真分析方法，其特征在于包括下述步骤：步骤一、建立处理器模型；首先给出分布式系统处理器模型的描述：Processor＝<p_id,type,num,preemption,speed,scheduling_strategy,switch_time>其中，p_id为处理器的标识，type表述处理器的类型，num表示此类型处理器的数量，preemption为处理器的抢占性，表示任务在处理器上的执行被抢占或者不能被抢占，speed为处理器运算速率，处理器的运算速率为一个相对值，处理器的运算速率会影响任务的执行时间，任务在运算速率为x1的处理器上的执行时间为c1，则在运算速率为x2处理器上的执行时间c2＝c1*(1/x)；scheduling_strategy为处理器所使用的调度策略，switch_time任务切换时间，表征每一次抢占所花费的时间；步骤二、建立系统资源模型；建立分布式系统中的各类资源的模型：Resource＝＜preemption,num,type,requesttime,releasetime＞其中，preemption为抢占性，表示资源是否可以被抢占；num为资源数量，描述该类资源的数量；type用来区分资源的类型，如共享数据对象、缓冲区、内存等可以使用不同的类型表示；requesttime表示任务请求此资源的时间开销；releasetime表示任务释放该资源的时间开销；步骤三、建立任务模型分布式系统的任务模型分为周期性任务和偶发性任务，系统中周期任务参数包括：任务标识、优先级、任务周期、释放时间、相位、最差执行时间、最差执行时间分布、响应时间、相对时限、绝对时限、利用率、时间裕量、阻塞时间、所在处理器和资源需求；偶发性任务参数包括任务标识、优先级、释放时间、抖动、最小时间间隔、最差执行时间、最差执行时间分布、响应时间、相对时限、绝对时限、时间裕量、阻塞时间、所在处理器和资源需求；步骤四、建立通信网络与信息传递模型；将分布式系统中的网络连接抽象为网络处理器，将分布式系统不同网络节点之间的信息传递抽象为消息传输任务；网络处理器的模型为：NetworkProcessor＝＜scheduling_strategy,bandwidth＞其中：scheduling_strategy表示网络处理器中使用的调度策略；bandwidth表示网络带宽；消息传输任务的模型为：MessageTask＝<t_id,WCET,bandwidth,sourceProcessor,destionProcessoor>其中t_id表示消息传输任务的标识，WCET表示消息传输任务的最差执行时间，bandwidth表示执行该任务需要的带宽，sourceProcessor表示发出该消息的处理器，destionProcessoor表示接受该消息的处理器；步骤五、端到端事务(End
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to
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End Transaction)建模定义完成一个特定功能的任务的集合，称为端到...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱怡安，史先琛，齐宗龙，窦纪欢，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：