DCS容错调度算法
铁路信号计算机联锁控制系统容错技术探析
铁路信号计算机联锁控制系统容错技术探析一、铁路信号计算机联锁控制系统的基本原理铁路信号计算机联锁控制系统是通过计算机技术控制铁路信号和轨道交叉设备的一种现代化控制系统。
它主要包括信号控制、联锁控制和轨道电路控制等功能，能够根据列车运行的实际情况对信号和轨道设备进行自动控制。
在传统的铁路信号控制系统中，人工操作控制信号和轨道设备，容易出现操作失误，从而导致事故的发生。
而铁路信号计算机联锁控制系统的出现能够有效避免这一问题，提高了铁路运输的安全性和效率。
1. 多重冗余技术多重冗余技术是一种常见的容错技术，它通过在系统中增加冗余的硬件、软件或通信链路来提高系统的可靠性。
在铁路信号计算机联锁控制系统中，可以采用多重冗余技术将计算机处理器、存储器、输入输出设备等进行冗余配置，从而在某一部件发生故障时能够自动切换到备用部件，保证系统的连续性和稳定性。
2. 容错控制算法容错控制算法是指在系统设计和运行过程中采用一定的算法来提高系统的容错能力。
可以通过增加冗余校验、错误检测和容错恢复功能来保证系统在面临故障时能够迅速进行故障检测和修复，保证系统的正常运行。
3. 容错检测与容错隔离4. 数据完整性检测数据完整性检测是指系统在运行过程中能够及时检测数据的完整性并进行校验。
在铁路信号计算机联锁控制系统中，可以通过增加校验和、循环冗余校验等技术来保证系统在传输数据时能够及时发现并纠正数据错误，从而保证系统的可靠性和稳定性。
随着铁路信号计算机联锁控制系统的不断发展，其容错技术也在不断得到改进和完善。
未来，铁路信号计算机联锁控制系统的容错技术将朝着以下几个方向发展：1. 智能化技术的应用随着人工智能和大数据技术的发展，铁路信号计算机联锁控制系统也将逐渐应用智能化技术，通过对系统数据的分析和学习，提高系统的容错能力和自动化程度。
2. 开放式系统架构未来的铁路信号计算机联锁控制系统将朝着开放式系统架构发展，允许不同厂家的设备和系统进行无缝连接和交互，从而提高系统的灵活性和可扩展性。
DCS容错分析和处置
2. 容错操纵技术与容错逻辑设计方式容错操纵技术是通过故障诊断（故障检测、故障隔离、故障识别），让操纵系统在故障后进行重构，使操纵系统鲁棒性取得提高。
目前，容错操纵技术在火电厂热工自动操纵系统的应用，大多是针对模拟量操纵系统变送器、执行器故障的。
容错逻辑设计方式，那么是将特定的容错操纵技术、操纵系统资源的有效利用技术应用于火电厂热工自动操纵系统的设计，更普遍地探讨提高操纵系统靠得住性的方式和途径。
.利用特定的容错操纵技术进行容错逻辑设计在操纵策略中引入特定的容错操纵技术是容错逻辑设计的第1个大体思想。
发电厂热工辅机爱惜逻辑中，常采纳轴承和电机线圈的温度测量信号，当测量信号超过定值时触发爱惜动作，但由于温度测量回路中的热电阻很容易发生接触不良或断线的故障，使得爱惜误动。
图1为某300MW机组辅机轴承温度爱惜跳闸的坏信号剔除逻辑回路，这是利用特定的容错操纵技术进行容错逻辑设计的典型例子，几年来已成功幸免了许多次爱惜误动。
在测量回路正常的情形下，当轴承温度高于70℃时将触发爱惜动作。
当热电阻测量回路显现接触不良或断线故障时，温度信号的转变速度将超过5℃/s，现在寄放器置1，轴承温度爱惜自动退出。
当故障排除后，可通过自动或手动方式复位，使爱惜从头投入。
图1 辅机轴承温度爱惜跳闸坏信号剔除逻辑这种坏信号剔除故障诊断方式，一样可用于避免锅炉风烟系统中压力、风量等测点堵塞造成的误动。
当咱们对一些不靠得住的单点信号爱惜（比如汽机振动）进行逻辑优化时，新加入的任何条件（与原信号相与）都将改变原先的爱惜机理，由于缺乏足够的相关性论证，设备制造厂也不予支持。
若是采纳信号故障诊断、剔除坏信号的逻辑优化方式，原先的爱惜机理未改变，也就可不能增加爱惜系统拒动的风险。
.有效利用操纵系统资源进行容错逻辑设计在不增加设备的情形下，通过对硬件资源进行适本地优化配置，使操纵系统靠得住性取得提高，是容错逻辑设计的第2个大体思想。
在热控系统设计中，在进行操纵模件任务分派时，应注意将冗余配置的辅机操纵（如磨煤机、送引风机等）分派在不同操纵模件中实现，以降低模件失效所带来的阻碍。
dcs调度流程算法
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DCS系统的容错与冗余设计技术
DCS系统的容错与冗余设计技术随着科技的不断发展和进步，现代工业领域越来越依赖于自动化控制系统，尤其是分散控制系统(Distributed Control System, DCS)。
在诸如能源、化工、制药等行业中，DCS系统被广泛应用于实时监控和控制设备及过程操作。
然而，在这些复杂而关键的应用环境中，系统的稳定性和可靠性至关重要。
因此，DCS系统的容错与冗余设计技术成为必不可少的一部分。
容错设计技术主要是为了提高系统的可用性和可靠性，在系统发生故障或意外情况下能够自动实现故障转移和恢复。
容错技术通常包括硬件冗余、软件冗余和信号冗余三个方面。
首先，硬件冗余是最基本和常见的容错设计技术。
在DCS系统中，硬件冗余常常通过配置备用控制器、输入/输出模块和电源等设备来实现。
当主控制器或模块故障时，备用设备会自动接管并继续保持系统的正常工作。
这种容错技术可以有效地提高系统的可靠性和稳定性。
其次，软件冗余是通过在系统中使用备份软件来实现容错。
在DCS系统中，软件冗余常常采用双重工作站或冗余控制器。
当一个控制器或工作站发生故障时，备份系统会自动接管，并保持系统的正常运行。
通过软件冗余技术，可以显著降低系统故障对生产过程的影响。
另外，信号冗余技术也是DCS系统容错设计中的关键部分。
信号冗余可以通过多重传感器或冗余通信网络来实现。
多重传感器可以同时监测同一物理量，并将数据传输到控制系统中。
如果其中一个传感器故障，系统可以自动切换到其他正常工作的传感器，从而保证系统的连续性和正确性。
冗余通信网络则是通过配置冗余的通信链路来避免因通信故障而导致的系统中断。
总的来说，DCS系统的容错与冗余设计技术是确保系统在故障或意外情况下仍然能够稳定和可靠运行的关键措施。
硬件冗余、软件冗余和信号冗余的结合应用可以减少系统故障造成的影响，并提高系统的可用性和可靠性。
这些技术的应用是DCS系统设计中不可或缺的一部分。
随着工业自动化的不断发展和进步，DCS系统在生产过程中扮演着越来越重要的角色。
同步测控系统容错与备份方案优化
同步测控系统容错与备份方案优化同步测控系统在工业生产过程中起着至关重要的作用。
为了确保系统的可靠性和稳定性，容错与备份方案是关键的考虑因素。
本文将探讨同步测控系统容错与备份方案的优化方法，旨在提高系统的性能和可用性。
一、容错方案优化容错是指系统在出现错误或故障时能够正常运行的能力。
同步测控系统容错方案的优化可从以下几个方面进行考虑：1.冗余设计冗余设计是常用的容错手段之一。
在同步测控系统中，可以通过增加备用的硬件设备或节点来实现冗余。
主设备出现故障时，备用设备会自动接管工作，确保系统的连续运行。
2.数据备份同步测控系统的数据备份至关重要。
在容错方案中，应定期对系统数据进行备份，并将备份数据存储在不同的物理位置，以防止数据丢失。
同时，备份数据的恢复性能也需要进行优化，以加快系统恢复的速度。
3.故障检测与恢复及时检测和恢复故障是容错方案的核心。
同步测控系统中，应设置故障检测机制，通过监测系统状态和性能参数实时发现故障，并采取相应的恢复措施，最大限度地降低系统的停机时间。
二、备份方案优化备份方案是同步测控系统容错的重要组成部分。
以下是备份方案的优化方法：1.增量备份传统的全量备份耗时较长，且占用大量存储空间。
为了提高备份效率，可以采用增量备份策略。
增量备份只备份与上次备份之间更改的数据，大大减少了备份所需的时间和存储空间。
2.多重备份为增加数据的安全性，可以采用多重备份的方式。
多重备份将数据备份到不同的介质或位置，如云存储、本地服务器和离线存储等，以防止单点故障导致数据的永久丢失。
3.自动化备份人工备份容易出现疏忽和错误。
因此，自动化备份是提高备份效率和准确性的重要手段。
通过定时任务或事件触发机制，自动化备份方案可以确保数据的及时备份，并提供备份结果的反馈和报告。
三、容错与备份方案的整合优化容错与备份方案的整合是同步测控系统优化的关键环节。
以下是整合优化的方法：1.容错机制与备份策略的协同容错机制和备份策略应该相互协调，确保在发生故障或错误时能够有效地保护数据和系统的连续运行。
一种实时系统启发式容错调度算法
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１ 弓 言 １
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实时系统的正确性不仅依赖于 计算结果的逻辑正确性， 而且也依赖子 任务完成时间． 强 实时系统一般具有两个特点： 一是保证所有实时 任务在截止时限内完成，二是在系统的 硬 件或者软件出现错误时，实时任务仍可以 继续运行 所以 在实时系统中，将实时和容错相 结合的实时容错技术是一项非常重要的技术．实时容错调度算法中的静态容错调度相对于
任务都可以 顺利完成，图 １ Ｆ＊ｍＡｆｆ Ｃ ｝ｍｔ ９ Ｇ＇ ９ ｉ，、 ３ Ｃ Ａ Ｃ ｔ Ｍ ． ５ ｐ ９ １Ｏ ２７ １ 、１Ｇ ｔ Ｙ ３ ｌ １ ７ Ｔ１ Ｌ Ｔ － Ｊ 最差情况下 理机利用率 的处 低于 １ ％， 有任务Ｔ可能 ０ ０ 只 ４ 会遭遇截止时限． 每个任务的处
（ 如果 或者多 ２ ） 两个 个任务 有相同 关 的 键级别， 选择动态调 别最高的 那么 度级 任务首先
执行 （ 例如空闲时间最小的） 如果空闲时间相等， 选择截止时限最早的任务优先调度． 则
（ 如果两个或者多 ３ ） 个任务 含有相同的 键级别和 关 相同的 级别， 动态 那么首先调度使 用
按照Ｍ Ｆ 算法法则， Ｃ 关键任务集合的调 度条件的 扩展使任务Ｔ 也包含在关键任务集 ３ 合中，从而保证更多任务包含在关键任务集合中，这不仅仅保证了任务的容错性，而且提 高了 处理机的利用率． 任务Ｔ 的容错也不再类似Ｅ Ｆ ４ Ｄ 算法无法控制， 而是利用不精确计算 得到控制。 Ｍ， Ｆ Ｍ Ｆ Ｒ Ｅ ， 算法实际上是Ｍ Ｆ Ｄ Ｌ Ｃ 算法的特殊情况，区别在于当无法确定任 务的执行顺序时， Ｃ 算法中 ＭＦ 对任务的截止时限和执行时间的 性质是明确的，从而可以灵 活地选择调度算法 例如， 依据 Ｍ Ｆ Ｃ 算法分配关键级给各个任务， 如果每个任务都分配到 不同的关键级， 那么此时Ｍ Ｆ Ｃ 算法作为静态固定 优先级调度算法和Ｒ Ｍ算法是一致的． 但 是关键任务集合中的 任务 若分配相同的关键级别， 例如图 １ 任务Ｔ 几、 中的 乃组成的 关 键任务 集合， 其关键级均为ＨＧ ， ＩＨ 那么Ｍ Ｆ Ｃ 算法此时就利用Ｍ Ｆ Ｌ 算法调度任务． 如果任 务的空闲时间为零， 此时Ｍ Ｆ Ｃ 算法就利用Ｅ Ｆ Ｄ 算法． 很多启发式调度算法都没有这个方
实时系统中错误处理与容错机制(十)
实时系统中错误处理与容错机制在今天快节奏的信息时代，实时系统变得越来越重要。
实时系统是能够及时响应并处理输入的计算机系统。
它们在许多关键领域中起着至关重要的作用，如交通管理、金融交易和航空航天等。
这些系统的可靠性要求极高，因为错误可能导致严重的后果，如事故和损失。
错误处理是实时系统中非常重要的一部分。
当系统遇到错误时，及时有效地处理错误变得至关重要。
这可以通过多种方式来实现，包括错误检测、错误报告和错误修复。
错误检测是通过监控系统组件和任务的状态来检测错误的存在。
一旦错误被检测到，系统应该及时报告错误，并采取适当的措施来修复错误。
这可能包括重新启动受影响的任务，切换到备份系统或回滚到之前的状态。
容错机制是防止错误影响实时系统运行的重要手段。
容错机制是通过设计系统以容忍错误并保持系统的可用性来实现的。
有几种容错技术可以使用，例如冗余和备份。
冗余是指在系统中复制关键组件或任务，这样当一个组件或任务出现错误时，备份组件或任务可以接管工作，保证系统的正常运行。
备份是指在系统中同时运行两个或更多的相同系统，以便在一个系统发生错误时，其他系统可以继续运行。
这样可以确保即使一个系统发生故障，整个系统仍然可用。
在实时系统中，错误处理和容错机制的设计和实施需要非常谨慎和全面。
首先，系统必须具有足够的错误检测和报告机制，以确保错误可以及时发现并通知相关人员。
其次，系统必须具备适当的错误修复措施，以快速解决错误，并保持系统的正常运行。
此外，容错机制也必须能够快速而准确地识别错误，并采取适当的措施来保护系统免受错误的影响。
当处理错误时，决策和优先级设置也很重要。
根据错误的类型和严重程度，系统必须能够根据其优先级来确定正确的处理方法。
在某些情况下，可能需要立即采取措施来解决错误，而在其他情况下，可以稍后处理。
因此，需要根据实际情况和系统需求来设置正确的处理优先级。
实时系统中的错误处理和容错机制是确保系统可靠性和稳定性的关键要素。
一种新颖的云计算容错任务调度算法
一种新颖的云计算容错任务调度算法云计算作为一种新型的计算范式，已经在各个领域得到了广泛的应用。
然而，在云计算中，由于涉及大量的计算资源和数据传输，往往会出现服务的中断或者任务执行失败等问题。
为了解决这些问题，云计算容错技术被提出，并引入了一种新颖的任务调度算法。
这种云计算容错任务调度算法主要基于副本和备份的思想，即在运行任务时，从中心服务器向多个节点复制这个任务，遇到任务失败时，可以自动转换到其他备份任务，以保证任务的正常运行。
该算法的核心的技术是复制和容错的技术，其中，复制技术允许在不同的物理节点上同时运行同一任务，以提高任务的可靠性和容错性。
而容错技术则允许在出现任务执行失败时，自动切换到其他副本任务，从而避免数据丢失和计算中断等问题。
该算法的实现过程主要分为四个步骤：任务分配，备份选择，容错处理以及任务回收。
首先，任务分配的过程涉及到一个负载均衡问题，即如何将任务分配到不同的物理节点上，使得节点的负载均衡并且任务可以平均地运行在整个集群。
然后，在备份选择的过程中，主要涉及到如何选择可靠的备份任务。
一般来說，备份任务应该布置在不同的物理节点上，以确保任务的可靠性和灵活性。
接着，在执行任务时，可能会出现某个节点执行任务失败的情况，此时需要进行容错处理。
容错处理的目标是使任务能够在其他副本中继续执行。
当出现故障时，控制程序会自动切换到可靠的备份任务，以确保任务的正常运行。
最后，当所有任务都执行完成时，需要进行任务回收。
任务回收的目的是清理已经完成任务的物理节点，以提高集群的利用率。
总之，基于副本和备份思想的云计算容错任务调度算法是一种新颖的、高效的云计算任务调度算法。
在实际应用中，该算法可以提高任务的可靠性和执行效率，同时避免了由于节点宕机或任务执行失败而导致的数据丢失和计算断电等问题。
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same and equal to their deadlines, but in fact the periods are not the same in many cases. According to the characteristics of distributed control systems and the technique of primary/backup copies, based on EDF algorithm the novel fault-tolerant scheduling algorithm is proposed in this paper. The algorithm can deal with the different periods of all tasks. By using setting their deadlines the problem that execution times of primary and backup copies are not overlap can be controlled. The method for setting deadlines of primary and backup copies is given and the schedulability of task set is analyzed. The maximal utilization of task set and the minimal number of processor are investigated. The result of simulation shows that the algorithm is effective. Key words: 摘 要: distributed control system; real-time task; fault-tolerant; primary copy/backup copy; EDF
+ Corresponding author: Phn: 86-25-5481296, E-mail: smfei@ http://210.29.130.227
Received 2002-12-14; Accepted 2003-04-09 Liu H, Fei SM. A fault-tolerant scheduling algorithm based on EDF for distributed control systems. Journal of Software, 2003,14(8):1371~1378. /1000-9825/14/1371.htm Abstract: In recent result, the fault-tolerant scheduling algorithm almost requires that all task’s periods are the
1000-9825/2003/14(08)1371
©2003 Journal of Software 软 件 学 报
Vol.14, No.8
基于 EDF 的分布式控制系统容错调度算法
刘 怀 1+, 费树岷 2
1 2
∗
(南京师范大学 电气与电子工程学院,江苏 南京 (东南大学 自动化研究所,江苏 南京 210096)
现有的分布式实时系统的容错调度算法要求系统中所有任务的周期相同且等于其时限,而实际中任务的
周期常常是互不相同的.根据控制系统中任务的特点,结合任务分配算法与处理器的调度算法,提出了基于基版本/ 副版本技术和 EDF 算法的容错调度算法.该算法不要求任务的周期都相同,并通过设置基版本/副版本任务时限控 制它们的执行时间不重叠,给出了基版本/副版本任务时限的设置方法,并对任务集的可调度性进行了分析.当任务 集可调度时,给出其最大利用率和最小处理器个数的约束条件.最后给出一个仿真实例,结果表明了算法的有效性. 关键词: 分布式控制系统;实时任务;容错;基版本/副版本;EDF 文献标识码: A 中图法分类号: TP316
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调度算法的设计
为使系统具有容错能力 ,每一个实时任务都设有基版本和副版本 ,它们分配在不同的处理器上 ,系统首先运
刘怀 等:基于 EDF 的分布式控制系统容错调度算法
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行基版本 , 如果基版本运行正确 , 则其副版本不需要运行 , 而当基版本所在的处理器出现故障时 , 则该任务在其 他处理器上的副版本投入运行. 调度算法分为两部分 :任务分配算法和处理器的局部调度算法 .为达到容错的目的 ,实时任务和调度算法应 满足如下条件: 条件 1. 对于∀τi∈S,τi.tp.C+τi.tb.C≤τi.P,这样才能保证τi 的基版本因处理器故障执行失败后,其副版本有充分 的时间被调度执行,并在其时限前完成. 条件 2. 实时任务τi 的基版本和副版本所在的处理器不同且它们的执行过程没有时间重叠,形式化描述为 (τi.tp.Pr≠τi.tb.Pr) and (τi.tp.Ts+τi.tp.D≤τi.tb.Ts),∀τi∈S.
[6]
(1)
条件 3. 由于处理器之间通信所需的时间与任务的执行时间相比非常短 ,所以忽略处理器之间消息的传 递时间. 采用文献[6]提出的故障模型:某一时刻只有一个处理机出现故障,在第 2 个故障出现之前,前一个故障已被 排除且那些因前一故障而执行失败的任务通过运行其副版本正确结束 . 另外 ,在对任务进行容错调度的同时 , 系 统要能及时诊断并报告处理机故障 . 本文不对故障检测作深入地讨论 , 有兴趣者可见文献 [6], 只假设故障出现 后 ,其他处理机能及时得到通知 ,由于处理机之间通信所需时间与任务的执行时间相比非常短 ,因此我们忽略处 理机之间消息的传递时间. 处理器局部任务的调度算法:我们对单处理器采用抢占式 EDF 调度算法,即任务(包括基版本和副版本)实 例的优先级采用 EDF 算法设置,根据任务实例的优先级高低确定要执行的任务. 任务的基版本和副版本时限的设置方法 : 主要是保证实时任务的基版本和副版本之间没有执行时间的重 叠 .我们对同一个任务的基版本和副版本实例采用不同任务时限和开始时间来控制 .具体的控制方法是 :实时任 务τi 的基版本的时限设置为τi.tp.D≤τi.P−τi.tb.C,使其在τi.tp.D 内完成,如果基版本因处理器τi.tp.Pr 出现故障而未 能在其时限内完成,则通知副版本所在的处理器τi.tb.Pr 执行副版本,从而达到容错的目的.调度副版本时,假设当 基版本通知其所在的处理器出现故障的时刻为副版本任务实例到达的时刻 , 并将其时限设置为 τi.P−τi.tp.D, 这 样可以使其在任务τi 实例的时限τi.P 内完成.如果基版本 τi.tp 正确执行,则通知处理器τi.tb.Pr 取消对该基版本对 应的副版本任务实例的调度. 基于此,我们给出任务集 S 在处理器集Ω中可调度的一个充分条件. 定理 1. 对给定的任务集 S={τ1,τ2,…,τn,}(n≥1)和处理器集Ω={Pr1,Pr2,…,Prk}(k≥2),如果各参数满足
第一作者简介 : 刘怀 (1971－ ),男 ,河北承德人 ,博士 ,副教授 ,主要研究领域为实时控制系统 ,综合自动化系统 .
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Journal of Software
软件学报 2003,14(8)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
随着各种控制系统复杂性的提高 , 分布式控制系统已越来越多地应用于各种实际控制领域 , 如工业控制系 统、武器防御控制系统、飞行控制系统、电站控制系统等 .但是随着控制器数目的增加 , 系统控制器出现故障 的可能性也相应增大 . 在控制系统中 , 每个任务都有严格的时间约束 ( 时限 ),如果控制器的故障使某些任务不能 在其时限内完成 ,就有可能造成很大的损失 .为了避免控制器出现故障时造成严重后果 ,需要为分布式控制系统 提供一定的容错能力,保证任务仍可以满足其时限,以提高整个系统的可靠性[1,2]. 实时容错调度算法是一种通过软件解决分布式实时系统容错问题的有效方法 . 该方法的优点是不需要额 外的硬件代价实现实时系统的可靠性 . 它是在分布式系统的容错调度算法的基础上发展起来的 . 分布式系统目 前所采用的典型的容错技术主要是分布式投票技术 [3]、反转恢复技术 [4]和基 /副版本技术[5],然而这些技术没有 考虑任务的实时性问题 . 而现有的分布式实时系统的容错技术主要是在基 / 副版本技术上发展起来的 [6~12], 如 BKCL[7,11],EBKCL[8,9],RTFTRC,RTFTNO[10] 等等 . 这些方法都要求所有任务的周期相同并等于它们的时限 ,而实 际情况下任务的周期往往是不相同的 , 这就限制了它们的应用范围 , 且该算法没有与处理器的局部调度算法结 合起来 . 因此本文提出一种基于基 / 副版本技术与处理器调度算法相结合的容错算法 , 任务的周期可以互不相 同,同时分析算法的可调度性.
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系统模型及设计思想
典型的数字控制系统如图 1 所示[13].系统以一个固定的频率通过 A/D 转换器从物理过程获得测量数据,经
控制计算得出控制量,再通过 D/A 转换器将控制信号送到被控对象.它需要完成数据采集、控制计算、状态更 新、控制输出、报警等功能 . 其中数据采集、控制计算、状态更新、控制输出等是周期性进行的 ,它们的执行 时间也是固定的 , 是控制系统所要处理的主要任务 , 占用处理机的时间较多 . 而报警等是随机产生的 , 是为了处 理一些意外情况或紧急事件所需要执行的任务 , 占用处理器时间较少 .系统的性能主要由周期性任务的执行情 况来决定 ,所以本文着重研究周期性任务的容错调度问题 .对于一个控制回路来说 ,它需要完成的各功能之间相 互联系、相互影响 , 所以可将这种回路看作周期性任务 , 分布式控制系统中要在多个处理器上处理多个这种 任务.
210042)
A Fault-Tolerant Scheduling Algorithm Based on EDF for Distributed Control Systems