Analyse of real-time systems from scheduling perspective

par Mounir Chadli

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Axel Legay.

  • Titre traduit

    Analyse des systèmes temps réel de point de vue ordonnancement


  • Résumé

    Les logiciels sont devenus une partie importante de notre vie quotidienne, car ils sont maintenant utilisés dans de nombreux périphériques hétérogènes, tels que nos téléphones, nos voitures, nos appareils ménagers, etc. Ces périphériques sont parsemés d’un certain nombre de logiciels intégrés, chacun gérant une tâche spécifique. Ces logiciels intégrés sont conçus pour fonctionner à l’intérieur de systèmes plus vastes avec un matériel varié et hétérogène et des ressources limitées. L'utilisation de logiciels embarqués est motivée par la flexibilité et la simplicité que ces logiciels peuvent garantir, ainsi que par la réduction des coûts. Les Cyber-Physical System (CPS) sont des logiciels utilisés pour contrôler des systèmes physiques. Les CPS sont souvent intégrés et s'exécutent en temps réel, ce qui signifie qu'ils doivent réagir aux événements externes. Un CPS complexe peut contenir de nombreux systèmes en temps réel. Le fait que ces systèmes puissent être utilisés dans des domaines critiques tels que la médecine ou les transports exige un haut niveau de sécurité pour ces systèmes. Les systèmes temps réel (RTS), par définition, sont des systèmes informatiques de traitement qui doivent répondre à des entrées générées de manière externe. Ils sont appelés temps réel car leur réponse doit respecter des contraintes de temps strictes. Par conséquent, l'exactitude de ces systèmes ne dépend pas seulement de l'exactitude des résultats de leur traitement, mais également du moment auquel ces résultats sont donnés. Le principal problème lié à l'utilisation de systèmes temps réel est la difficulté de vérifier leurs contraintes de synchronisation. Un moyen de vérifier les contraintes de temps peut consister à utiliser la théorie de la planification, stratégie utilisée pour partager les ressources système entre ses différents composants. Outre les contraintes de temps, il convient de prendre en compte d'autres contraintes, telles que la consommation d'énergie ou la sécurité. Plusieurs méthodes de vérification ont été utilisées au cours des dernières années, mais avec la complexité croissante des logiciels embarqués, ces méthodes atteignent leurs limites. C'est pourquoi les chercheurs se concentrent maintenant sur la recherche de nouvelles méthodes et de nouveaux formalismes capables de vérifier l'exactitude des systèmes les plus complexes. Aujourd'hui, une classe de méthodes de vérification bien utilisées est les techniques basées sur des modèles. Ces techniques décrivent le comportement du système considéré à l'aide de formalismes mathématiques, puis, à l'aide de méthodes appropriées, permettent d'évaluer l'efficacité du système par rapport à un ensemble de propriétés. Dans ce manuscrit, nous nous concentrons sur l'utilisation de techniques basées sur des modèles pour développer de nouvelles techniques de planification afin d'analyser et de valider la satisfiabilité d'un certain nombre de propriétés sur des systèmes temps réel. L'idée principale est d'exploiter la théorie de l'ordonnancement pour proposer ces nouvelles techniques. Pour ce faire, nous proposons un certain nombre de nouveaux modèles afin de vérifier la satisfiabilité d'un certain nombre de propriétés telles que l'ordonnancement, la consommation d'énergie ou la fuite d'informations.


  • Résumé

    Software’s become an important part of our daily life as they are now used in many heterogeneous devices, such as our phones, our cars, our home appliances … etc. These devices are dotted with a number of embedded software’s, each handling a specific task. These embedded software’s are designed to run inside larger systems with various and heterogeneous hardware and limited resources. The use of embedded software is motivated by the flexibility and the simplicity that these software can guarantee, and to minimize the cost. Cyber-Physical System (CPS) are software used to control physical systems. CPS are often embedded and run in real-time, which means that they must react to external events. A complex CPS can contains many real-time systems. The fact that these systems can be used in critical domains like medicine or transport requires a high level of safety for these systems. Real-Time Systems (RTS) by definition are processing information systems that have to respond to externally generated inputs, and they are called real-time because their response must respect a strict timing constraints. Therefore, the correctness of these systems does not depend only on the correctness of their treatment results, but it also depends on the timings at which these results are given. The main problem with using real-time systems is the difficulty to verify their timing constraints. A way to verify timing constraints can be to use Scheduling theory which is a strategy used in order to share the system resources between its different components. In addition to the timing constraints, other constraints should be taken in consideration, like energy consumption or security. Several verification methods have been used in the last years, but with the increasing complexity of the embedded software these methods reach their limitation. That is why researchers are now focusing their works on finding new methods and formalisms capable of verifying the correctness of the most complex systems. Today, a well-used class of verification methods are model-based techniques. These techniques describe the behavior of the system under consideration using mathematical formalisms, then using appropriate methods they give the possibility to evaluate the correctness of the system with respect to a set of properties. In this manuscript we focus on using model-based techniques to develop new scheduling techniques in order to analyze and validate the satisfiability of a number of properties on real-time systems. The main idea is to exploit scheduling theory to propose these new techniques. To do that, we propose a number of new models in order to verify the satisfiability of a number of properties as schedulability, energy consumption or information leakage.


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