Caracterização da execução de tarefas no Linux PREEMPT-RT através de uma ferramenta de trace

Abstract

Sistemas de tempo real são sistemas computacionais que respondem a eventos, os quais requerem um tempo limite máximo de resposta. O não cumprimento do tempo limite de resposta faz com que o sistema perca de maneira parcial ou total o seu valor. O patch PREEMPT-RT é o padrão de facto para Linux de tempo real, sendo utilizado tanto em pesquisas quanto na indústria. Apesar disto, são frequentes as discussões sobre as diferenças entre o Linux de tempo real e a teoria de sistemas de tempo real. Dentre os pontos de divergência, estão o método de análise e a métrica utilizada para avaliar o sistema. A principal métrica de análise do Linux de tempo real é a latência de escalonamento, principalmente no PREEMPT-RT. Apesar de eficiente, ao ponto de tornar o Linux capaz de atender requisitos temporais de diversas aplicações, este método é simplista se comparado com a teoria de sistemas de tempo real. Na teoria busca-se analiticamente comprovar que um conjunto de tarefas irá cumprir os seus deadlines, apesar das interferências e bloqueios que estas podem sofrer durante a sua execução. Este trabalho apresenta a relação entre as abstrações utilizadas no método de análise de tempo de resposta com as funções do kernel do Linux, no que diz respeito às funções que afetam temporalmente a execução das tarefas de tempo real. A partir desta relação, uma nova ferramenta de trace é apresentada. Esta ferramenta cria uma nova forma de visualizar a execução das tarefas de tempo real, que permita monitorar os eventos que afetam o comportamento temporal das tarefas, utilizando as abstrações do método de análise de tempo de resposta. A partir da utilização da ferramenta proposta foi possível, para as tarefas com um comportamento típico de tarefas de tempo real na teoria, caracterizar a execução das tarefas de tempo real no Linux e desenvolver um conjunto as equações que determinam qual a origem dos tempos de respostas.<br>

Abstract : Real-time systems are computational systems that respond to events which require a maximum response time. A failure in the attempt to satisfy the timing requirements makes system to lose partially or entirely their value. The PREEMPT-RT patch is the de facto standard for real-time Linux, being used for both industry and research. Despite this, there are frequent discussions about the differences between the real-time Linux and theory of real-time systems. Among the points of contention are the method of analysis and the metrics used to evaluate the system. The main metric for the analysis of the real-time Linux is the scheduling latency, mainly in the PREEMPT-RT. Despite efficient, at the point of being able to meet timing requirements of various real time applications on Linux, this method is simplistic if compared with the theory of real-time systems. The real-time theory tries to analytically prove that a set of tasks will meet their deadlines, despite the interference and locks it can suffer during its execution. This work presents the relationship between the abstractions used in the response time analysis and the functions of Linux kernel, with regard to the functions that affects the timing behavior of the real-time tasks. From this relationship, a new tool for trace is presented. This tool creates a new way to trace the real-time tasks, enabling the monitoring of the events that affect the timing behavior of tasks, using the abstractions used in the response time-analysis method. From the use of the proposed tool was possible, for tasks with a typical behavior of real-time tasks, to characterize the execution of real-time tasks on Linux and develop a set equations that determine the origin of the response time.