Bachelor's Thesis

Schedulability Analysis of Real-Time Tasks under Uncertainty

Final Thesis 1.65 MB

Author of thesis: Bc. Samuel Čus

Acad. year: 2023/2024

Supervisor: Ing. Josef Strnadel, Ph.D.

Reviewer: Ing. Václav Šimek

Abstract:

The goal of this bachelor’s thesis is to familiarize with real-time systems, uncertainties and scheduling mechanisms related to these systems, statistical model checking, as well as the design and implementation of an approach to schedulability analysis under uncertainties, creating suitable sets of real-time tasks, and verifying their schedulability using the approach. I have mainly incorporated uncertainties caused by system interruptions and
undeterministic task parameters. To address the given problem, I created a set of tasks, incorporated uncertainties into the system, and analyzed the schedulability of the tasks. The system modeling and analysis were conducted using the UPPAAL SMC tool, and, for comparison, also using the Cheddar tool with selected sets of tasks.

Keywords:

real-time, real-time systems, uncertainties, real-time tasks, schedulability analysis, UPPAAL, statistical model checking, model checking, scheduling mechanisms, timed automatons, modal logic, system verification

Date of defence

13.06.2024

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Student nejprve prezentoval výsledky, kterých dosáhl v rámci své práce. Komise se poté seznámila s hodnocením vedoucího a posudkem oponenta práce. Student následně odpověděl na otázky oponenta a na další otázky přítomných, např. ohledně dopadu režie přepínání kontextu na vyhodnocení výpočetních modelů, stručnosti teoretického úvodu práce či konfigurace prostředí UPPAAL. Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studenta na položené otázky rozhodla práci hodnotit stupněm C - dobře.

Topics for thesis defence

  1. Pokud dochází k přepínání úloh na jednom výpočetním jádře, což je nejspíše i váš případ, je ve výsledcích prováděných simulací či statistického ověřování modelů zahrnuta i nezbytná režie související s tzv. přepnutím kontextu?
  2. Jakým způsobem by bylo možné upravit nastavení vaší implementace či sady úloh tak, aby se co nejvíce jejich provádění blížilo reálnému běhu na cílové platformě či mikrokontroleru?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Information Technology (BIT)

Composition of Committee

doc. RNDr. Milan Češka, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Vladimír Janoušek, Ph.D. (člen)
Ing. Vladimír Bartík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jan Kořenek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Michal Španěl, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Josef Strnadel, Ph.D.

S odhlédnutím od spíše průměrné aktivity studenta během řešení a dokončování činností souvisejících se zadáním i se zpracováním technické zprávy a s přihlédnutím k nadprůměrně kvalitnímu řešení daného, obtížnějšího, tématu navrhuji ohodnotit práci studenta a její výsledek stupněm B.

Evaluation criteria Verbal classification
Informace k zadání
  • Problematiku řešenou v předložené práci považuji za obtížnější, jelikož vyžadovala zorientovat se v oblastech (mj. systémů reálného času, plánovatelnosti úloh reálného času a nejistot, analýzou modelů pomocí SMC) nad rámec vědomostí, dovedností a praktických zkušeností z předmětů běžného bakalářského studia.
  • Za stěžejní považuji body 5 a 6 zadání - vzhledem k jejich jednoduššímu, ale přijatelnému, zpracování považuji zadání za splněné.
Práce s literaturou

Student prokázal schopnost samostatně využívat vedoucím doporučené i vlastním úsilím nalezené informační zdroje související s řešeným tématem, mj. orientovat se v nich, čerpat z nich a vhodně využívat informace v nich obsažené k řešení daného tématu.

Aktivita během řešení, konzultace, komunikace

Dané téma začal student zpracovávat včas, řešení průběžně konzultoval a informoval o dílčích problémech a jejich překonání, pokrocích i dalším směřování řešení projektu. Student pracoval samostatně, na konzultace byl vždy velmi dobře připraven.

Aktivita při dokončování

Výsledek práce studenta (tj. realizační výstup a technická zpráva) mi byl předkládán ke konzultacím s mírným zpožděním, cca od března, a spíše sporadicky; jeho konečná podoba mi však byla předložena v předstihu, umožňujícím mi připomínkovat ji před odevzdáním - mé stěžejní připomínky byly do konečné podoby zahrnuty.

Publikační činnost, ocenění

-

Points proposed by supervisor: 85

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Václav Šimek

S ohledem na výše uvedené skutečnosti navrhuji souhrnné hodnocení stupněm C - dobře, 70 bodů.

Evaluation criteria Verbal classification Points
Náročnost zadání

Evaluation level: obtížnější zadání

Obtížnost zadání bych označil za mírně vyšší oproti běžnému stavu. Vliv na tuto skutečnost má především nutnost detailního seznámení se s principy statistického ověřování modelů a následně promítnutí těchto poznatků do přístupu k analýze systémů či úloh reálného času. 

Prezentační úroveň technické zprávy

Technická zpráva je rozdělena do celkem 6 kapitol, které jsou uspořádány v logickém sledu. Srozumitelnost pro čtenáře je na dobré úrovni.

Rozsah rešeršní či teoreticky zaměřené části převažuje, i když nijak zásadně, nad prostorem věnovaným diskusi vlastního řešení a zhodnocení dosažehých výsledků. Tento fakt je způsoben především dle mého názoru přílišnou pozorností věnovanou detailnímu popisu systému UPPAAL v sekci 3.1.4.

V kapitole 5.2 popisující sady úloh se autor často odkazuje na informační zdroje, nicméně bylo by lepší se o parametrech jednotlivých úloh zmínit rovnou v jim věnovaným sekcích.

V neposlední řadě pak oceňuji přehledný manuál na zprovoznění vzniknuvšího řešení v prosředí UPPAAL.

70
Formální úprava technické zprávy

Po jazykové stránce jsem nenarazil na nějaké zásadní prohřešky. Ostatní připomínky shrnuji níže:

  • občas lze v technické zprávě narazit na obrázky, na které není z textu odkazováno, např. 2.10 či 2.11
  • přehlednost obsahu je zbytečně snížena zobrazení podkapitol ve třetí úrovni číslování, kdy tyto není třeba do obsahu dávat, pokud jsou ostatní sekce rozumně pojmenovány
  • použití značení kapitol ve třetí úrovni je samozřejmě mnohdy účelné, nicméně v případě posuzované technické zprávy považuji zvolený přístup v tomto směru za lehce chaotický
75
Realizační výstup

Realizační výstup zahrnuje modely implementované v prostředí UPPAAL a Cheddar. Oba dva soubory mají podobu kombinace kódu v jazyce C a XML formátu. Komentáře v nich přítomné bych označil za poměrně střídmé, avšak postačující. V zásadě se jedná o implementaci existujících teoretických konceptů, která je dle prezentovaných výsledků získaných na sadě úloh plně funkční v rozsahu požadavků daných zadáním. Nejedná se však o žádný inovativní počin.

70
Využitelnost výsledků

Tento realizační výstup by mohl být bez problémů využitelný pro podporu výuky ve specializovaných kurzech či další, teoreticky zaměřený výzkum. Pro reálné nasazení ve spojitosti s moderními vestavěnými systémy zde moc příležitostí nespatřuji.

Rozsah splnění požadavků zadání

Evaluation level: zadání splněno s drobnými výhradami

Domnívám se, že požadavky stanovené jednotlivými body zadání byly po formální stránce naplněny. Určitou připomínku lze však vznést k tomu, že v sekcích 5.1 a 5.2, které se zabývají specifikací experimentů a jejich vyhodnocením, se čtenář o konkrétních typech reflektovaných nejistot (viz požadavky v 6. bodě zadání) kromě zmínky o sporadických úlohách prakticky nic nedozví.

Rozsah technické zprávy

Evaluation level: je v obvyklém rozmezí

Práce s literaturou

Výběr informačních pramenů a způsob jejich využití při zpracování tohoto projektu bych označil za adekvátní svému účelu. Nicméně v souvislosti s kapitolou 3.1.1 bych očekával, že se v přehledu objeví i nějaké reference specificky zaměřené právě na statistické ověřování modelů.

75
Topics for thesis defence:
  1. Pokud dochází k přepínání úloh na jednom výpočetním jádře, což je nejspíše i váš případ, je ve výsledcích prováděných simulací či statistického ověřování modelů zahrnuta i nezbytná režie související s tzv. přepnutím kontextu?
  2. Jakým způsobem by bylo možné upravit nastavení vaší implementace či sady úloh tak, aby se co nejvíce jejich provádění blížilo reálnému běhu na cílové platformě či mikrokontroleru?
Points proposed by reviewer: 70

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová