多数のタスクが動作する環境下でのタスク起動応答性評価

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(1)情報処理学会第 79 回全国大会. 2A-05. 多数のタスクが動作する環境下でのタスク起動応答性評価東山知彦† 三菱電機株式会社. 先端技術総合研究所†. 本稿で評価対象とした T-Kernel はこの構造を持つ．(1)について，FCFS 方式の場合新規タスクを近年 IoT や知能化の動きが高まり,従来単一の対応する優先度のレディーキューの最後に挿入機能を実現することが多かった制御機器も多機すればよいので,処理時間はタスク数に依存しな能化してきている.多機能化によるタスク数増加い.(2)について，実行可能最高優先度のレディの課題の１つに,厳しい時間制約が存在するタスーキューの先頭タスクが次の実行タスクになる. クのリアルタイム応答性の劣化が挙げられる[1]. そのため探索の必要がなく,処理時間はタスク数そこで本稿は,多数のタスクが動作する環境下でに依存しない. (3),(4)の処理時間は明らかにタのタスクの起動応答性の劣化要因を検討/評価すると共に，影響の回避方法についても検討する．スク数に依存しない.(5)は新規にレディーキューに追加したタスクが実行可能最高優先度より 2. 評価対象ケースの検討も高い場合,または実行可能最高優先度のタスク 2.1. 前提条件をレディーキューから外す場合の処理である.前本章で検討する OS は一般的な以下のスケジュ者の場合,新規タスクの優先度を実行可能最高優ーリングポリシーを持つリアルタイム OS とする. 先度に設定すればよく処理時間はタスク数に依  静的優先度の優先度ベーススケジューリング存しない.後者の場合,次に優先度の高い実行可  同一優先度のタスクは FCFS(First Come First 能状態のタスクの探索する必要がある.これは優 Served)方式先度毎のレディーキューを優先度順に探索する 2.2. タスク数がタスク起動応答性に与える影響処理であり,タスク数には依存しない．新規タスクが起動するパターンを以下の２種以上からケース A)の処理時間はタスク数に依類に分類する. 存しないといえる． A) 実行中のタスクや割込みハンドラがディスパ 2.2.2. ケース B) ッチを伴うサービスコールを発行した場合ケース A)の処理に加え以下の処理が発生する. B) タイマ割込みハンドラがその時刻に起床する (6) その時刻に起動すべき全てのタスクのレデタスクを起床させた場合ィーキューへの挿入 2.2.1. ケース A) 一般的な OS の実装として,タイマ割込みハンド本ケースは実行中のタスク(またはタイマ割込ラが Tick 周期で起床し,その時刻で起床すべきみ以外の割込みハンドラ)が実行権を手放した場タスクをレディーキューに挿入する. 本稿で評合や,他のタスクを起動する場合などである.タ価対象とした T-Kernel もこの構造である．タイスク起動時に以下の処理が実行される. マ割込みは割込みコンテキストで実行するため, (1) (他のタスクの起動要求を発行した場合)新遅延ディスパッチが発生する.同時刻に起動すべ規タスクのレディーキューへの挿入きタスクが複数存在した場合,全てのタスクをレ (2) 次に実行状態にするタスクの探索ディーキューに挿入した後,タイマ割込みを終了 (3) コンテキストの退避・復帰し,ディスパッチャが起動する.よって(6)の処理 (4) レディーキューから実行状態タスクを解放はタスク数に依存すると考えられる. (5) 実行可能最高優先度の更新(次に優先度の 2.3. 結論高い実行可能状態のタスクの探索) タスク起動応答性がタスク数に依存するのは (1),(2)の処理時間は,レディーキューの構造をケース B)のみである.よって本稿では,ケース B) 以下のように工夫することでタスク数に非依存について評価を行うこととした. にすることが可能である. 3. 評価環境  優先度毎のレディーキューを持つ. 本稿ではオープンソースの組込み向けリアル  実行可能状態のタスクの最高優先度(以降：実タイム OS である T-Kernel2.0(オープン版)を評行可能最高優先度)を記録する. 価対象とした.また,H/W は T-Kernel2.0 のリファ Evaluation of realtime performance when many tasks are executed レンスボードとした.詳細を表 1に示す.. 1. はじめに. † Mitsubishi Electric Corporation. 1-21. Copyright 2017 Information Processing Society of Japan. All Rights Reserved..

(2) 情報処理学会第 79 回全国大会. S/W. 測定タスクの最大起床時間[μs]. H/W. 表 1：評価環境評価ボード U00B0021-02-CPU CPU EMMA Mobile1-D ARM Coretex-A9:533MHz I-cache:32KB D-cache:32KB L2 cache:256KB メモリ DDR-SDRAM:64MB OS T-Kernel2.0(オープン版). 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0. 5. 10. 15. 20. 25. タスク数. 4. 評価方法 4.1. 構成測定タスク１つと負荷タスクを複数生成し,測定タスクの起床時間を測定した.負荷タスクの数は 5,10,15,20 のそれぞれで測定した.T-Kernel では,周期的に実行する処理を実現する場合,周期ハンドラを用いる.そこで,1 タスクにつき１つの周期ハンドラを設定し,各周期ハンドラからタスクの起動 API(tk_sta_tsk)を呼び出すようにした.周期 Tms，優先度 P であるタスクを｛T,P｝と表現する.今回は，測定タスクを{10,3}，負荷タスクを{20,10}とした(値が小さい方が高優先度). また,Tick 周期は 10ms とした. 4.2. 測定ポイントタイマ割込み要求時から,タスクが起床するまでの時間を測定した.具体的には，タスク起床直後に，タイマ割込みのソースとしているタイマ (以降：システムタイマ)のカウンタ値を参照するようにした．今回の環境では，システムカウンタがタイマ割込み発生時に０にリセットされるため,この値をタスク起床時間と定義できる．. 5. 評価結果測定した最大起床時間を図１に示す. 横軸が負荷タスクの数,縦軸が測定タスクの最大起床時間である.負荷タスク数の増加に伴い高優先度に設定した測定タスクの起床時間が線形に増加するという結果を得た．なお，T-Kernel のように周期ハンドラをユーザが実装できる場合,周期ハンドラ内で高優先な処理を行うことも可能である.しかし，周期ハンドラを起床する際に参照するタイマイベントキューは同時刻のイベントは FCFS 方式で挿入されるため，周期ハンドラの起動順序を保証することはできない.よって周期ハンドラの起動時間もタスクの数に依存する.. 6. 回避方法 5章で示したタスク起床応答性劣化の回避方法について，以下の 2 通りが考えられる. (a) タスク起床時刻のオフセット調整. 1-22. 図 1：負荷タスク数と測定タスク起床時間 50ms. 新規イベント. ：通常イベント：高優先度イベント. 10ms 10ms 20ms 50ms 50ms 80ms 従来方式 50ms 10ms 10ms 20ms 50ms 50ms 80ms 提案方式. ※イベント内の数字は起床時刻を表す. 図 2：タイマイベントキューのキューイング方法の改善 OS がタスク起床時刻のオフセットを設定できる場合,高優先度タスクと低優先度タスクの起床タイミングをずらすことで回避可能である．ただし,全てのタスクのタイミングを管理する必要があり,設計工数の増加が予想される. (b) タイマイベントキューのキューイング方法の変更高優先度イベントがある場合,そのイベントを同時刻のイベントの先頭に挿入するよう，タイマイベントキューを修正することで,特定の周期ハンドラを優先的に起床できる(図2).この周期ハンドラ内で高優先度処理を行うことで処理開始の遅延を回避することが出来る．. 7. おわりに本研究では，タイマ割込みハンドラによるタスク起動においてタスク数とタスク起床応答性能の関係を評価した.その結果，高優先度タスクの起床応答時間が低優先度のタスク数に応じて長くなることが判明した.そこで，本現象の回避するための 2 つの方法を示した．今後は本方式を実装し,評価を行う予定である.. 参考文献 [1] 浦口正彦 ,石川知雄：リアルタイム OS の性能評価に関する研究(1),情報処理学会全国大会講演論文集,Vol.45,p10-11(1992). Copyright 2017 Information Processing Society of Japan. All Rights Reserved..

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