고정우선순위 선점가능 스케쥴링 환경에서의 캐쉬에 의한 선점지연시간 분석

Abstract

프로세서와 메모리사이의 속도차가 증가함에 따라, 범용 컴퓨터 시스템에서 뿐만 아니라 실시간 컴퓨터 시스템에서도 캐쉬 메모리의 필요성이 증대되었다. 캐쉬 메모리의 사용은 태스크의 평균 수행시간을 감소시키는 긍정적인 측면을 가지고 있는 반면, 태스크간의 선점이 허용되는 멀티태스킹 환경에서는 태스크의 수행시간에 예측하기 힘든 추가비용(캐쉬에 의한 선점지연시간)을 초래한다는 부정적 측면도 가지고 있다. 이러한 부정적 측면은 주어진 시간안에 태스크의 수행 완료를 보장해야 하는 실시간 컴퓨터 시스템이 캐쉬 메모리를 사용하는 것을 어렵게 만드는 요소로 작용한다. 본 논문에서는 고정우선순위 선점가능 스케쥴링 환경에서 보다 정확하게 케쉬에 의한 선점지연시간을 예측하기 위한 분석기법을 제안한다. 캐쉬에 의한 선점지연시간을 예측하기 위한 현재까지의 연구는 “선점하는 태스크는 현재 캐쉬에 올라와 있는 선점되는 태스크의 메모리블럭을 캐쉬로부터 모두 쫓아내며, 이렇게 쫓겨난 메모리블럭들은 선점된 태스크가 이후에 수행을 재개했을 때 모두 다시 캐쉬로 올라와야 한다”는 비관적인 가정을 바탕으로한다. 그러나 본 논문에서 제안하는 기법은 각 태스크가 선점시 지불해야하는 캐쉬에 의한 선점비용으로 유용한 - 이후에 다시 사용되는 - 캐쉬블럭만을 고려하므로써 보다 정확하게 캐쉬에 의한 선점지연시간을 예측할 수 있다. 제안되는 기법은 두 단계로 이루어진다. 첫번째 단계에서는 각각의 태스크를 독립적으로 분석하여, 주어진 태스크의 각 수행지점에서의 유용한 캐쉬블럭의 수를 계산하고 이를 이용하여 해당 수행 지점에서의 캐쉬에 의한 선점비용을 구한다. 이렇게 구해진 선점비용들은 각 태스크가 특정 횟수만큼 선점될 때 부가적으로 지불하게 되는 캐쉬에 의한 최악 선점비용을 나타내도록 표의 형태로 정리된다. 두번째 단계에서는 첫번째 단계의 결과를 본 논문에서 정의한 선형계획법의 입력으로 이용하여 주어진 시간동안 발생할 수 있는 캐쉬에 의한 최악 선점지연시간을 계산하고, 이를 최악 반응시간식에 적용하여 각 태스크의 최악 반응시간을 구한다. 이렇게 구해진 최악 반응시간은 기존의 기법에 의해 구해진 값에 비해 보다 정확한 최악 반응시간 예측값이며, 따라서 이를 이용하면 보다 정확하게, 주어진 태스크가 마감시간 이내에 수행을 완료할 수 있는가 여부( 스케쥴 가능성 - schedulability)를 판단할 수 있다. 본 논문에서 행한 실험에 따르면, 제안된 기법은 기존의 기법에 비해 최고 60%까지 더 정확하게 캐쉬에 의한 선점지연시간을 예측해낸다.