RT1	Programmation Temps-Réel et Multi-Core

Comment éviter les pièges de la programmation temps réel et multi-processeur, en particulier sous Linux

Objectifs Découvrez les notions de multitâche temps réel Comprendre les problèmes liés aux CPUs multi-coeurs Maîtriser la programmation concurrente Sur le même processeur Sur un système multiprocesseur Comprendre les contraintes temps réel Déterminisme Préemption Interruptions Interactions avec l'architecture du processeur Cache Pipeline Optimisations Multi-core et Hyperthreading Débogage d'applications temps réel Comprendre la structure d'un noyau temps réel Ce cours apprend à maîtriser la programmation temps réel et multi-tâches en comprenant comment résoudre efficacement les problèmes rencontrés en fonction des primitives disponibles sur l'OS utilisé.

Matériel Un PC Linux par binôme Une carte cible sous Linux Compilateur et débogueur croisés Support de cours imprimé Présentation et solutions des exercices Pré-requis Bonne connaissance de la programmation C, si possible en environnement embarqué Compréhension de base de l'architecture des processeurs

Démarche pédagogique Les exercices s'attachent à mettre en œuvre les mécanismes disponibles pour résoudre des problèmes classiques: Readers-writers, producteurs-consommateurs, le repas des philosophes... Chaque exercice comprend une explication détaillée et un schéma, ce qui aide à comprendre le fonctionnement des algorithmes. Pour chaque exercice il est fourni un code quasiment complet avec des parties à compléter, ce qui permet, après une phase de compréhension du code fourni, de maîtriser des fonctionnalités qui habituellement prennent des heures à concevoir. Le cours comprend des exercices facultatifs destinés à approfondir la compréhension des sujets traités.

Plan

Premier jour Introduction au temps réel Les concepts de base du temps réel Les contraintes du temps réel et de l'embarqué Multi-tâches et temps-réel Multi-coeur et Hyperthreading Exercice : Installation de l'environnement de développement sur le système hôte (si nécessaire) Exercice : Installation de l'environnement d'exécution sur la cible Exercice : Création d'une routine de changement de contexte Structures de données et parallélisme Nécessité des structures de données Structures de données et multi-tâches Les listes (simple ou double liens) Listes circulaires FIFOs Piles Preuves d'intégrité des structures de données Assertions Pré et post-conditions Exercice : Construction d'un gestionnaire de listes chaînées génériques utilisable en environnement parallèle Second jour Gestion mémoire Les algorithmes de gestion mémoire Buddy system Exercice : Écriture d'un gestionnaire de mémoire système simple utilisant l'algorithme "buddy" Best fit First fit Gestion de pools Exercice : Écriture d'un gestionnaire de mémoire générique, multi-niveau Les erreurs mémoire Fuites mémoire Accès à de la mémoire non allouée ou déjà libérée Exercice : Amélioration du gestionnaire de mémoire pour la détection d'erreurs mémoire Surveillance des piles Exercice : Amélioration de la commutation de contexte pour surveiller l'utilisation de la pile Les composants d'un système temps réel Les tâches et les descripteurs de tâches Contenu du descripteur de tâche Listes de descripteurs de tâches Changement de contexte Mécanismes d'ordonnancement et de préemption Ordonnancement avec ou sans tic d'horloge Modes d'ordonnancement et preuves d'ordonnançabilité Ordonnancement à priorités fixes Ordonnancement RMA et EDF Ordonnancements adaptatifs Exercice : Écriture d'un ordonnanceur simple, à priorités fixes Troisième jour Gestion d'interruptions dans les systèmes temps-réel Besoin d'interruptions dans un système temps réel Interruptions de timer Interruptions de périphériques Notion d'interruption sur niveau ou sur front Acquittement matériel et logiciel Vectorisation des interruptions Exercice : Écriture d'un gestionnaire d'interruption simple Interruption et ordonnancement Exercice : Extension de l'ordonnanceur pour supporter un ordonnancement en ronde (round-robin) Affectation des interruptions aux processeurs Ordonnancement multi processeur Exercice : Étude d'un ordonnanceur multi-coeurs Les primitives de synchronisation Mise en attente et réveil des tâches Sémaphores Exercice : Mise en œuvre des sémaphores par interaction directe avec l'ordonnanceur

Exclusion mutuelle Spinlocks et masquage d'interruptions Mutex ou sémaphores Exercice : Mise en œuvre du mécanisme de mutex Mutex récursifs et non récursifs Exercice : Vérifier la bonne imbrication des mutex récursifs et l'utilisation de mutex non récursifs Le problème de l'inversion de priorité L'héritage de priorité (le mécanisme automagique) Le plafond de priorité (la réponse centrée sur la conception) Exercice : Mise en place du mécanisme de plafond de priorité Mutexes et variables condition Exercice : Ajout du support des variables condition aux mutex Les boites aux lettres Quatrième jour Solutions aux problèmes de parallélisme Les divers problèmes de la programmation parallèle Accès concurrent non maîtrisé Exercice : Le problème "producteur-consommateur", ou une illustration d'accès concurrents et sa solution Deadlocks (étreinte fatale) Livelocks (blocage vivant) Starvation (famine) Exercice : Le problème du "dîner des philosophes", illustration des risques de deadlocks, livelocks et de famine Les Pthreads sous Linux Le standard pthread threads mutexes et variables condition Exercice : Résolution du problèmes des lecteurs et des écrivains avec des threads POSIX Variables spécifiques à un thread Exercice : Maintient de statistiques par thread pour le problème des lecteurs et écrivains Sémaphores POSIX Ordonnancement sous Linux changements de contexte politiques d'ordonnancement (temps réel, classique) préemption Cinquième jour Multi-tâches dans le noyau Linux La gestion de mémoire du noyau Les algorithmes d'allocation de mémoire "buddy" et "slab" Gestion des tâches sous Linux Threads noyau Linux Création Terminaison Programmation concurrente dans le noyau Opérations atomiques Spinlocks Spinlocks en lecture/écriture Sémaphores et sémaphores en lecture/écriture Mutexes Verrous séquentiels Le mécanisme "Lecture/Copie/Mise-à-jour" (RCU) Exercice : Création d'un mécanisme de barrière d'exécution à partir des primitives de synchronisation du noyau Linux Les mécanismes de base de synchronisation de threads Les files d'attente Les événements de complétion Les timers matériels Clockevents Les timers logiciels Délais d'exécution Timers noyau Timers haute résolution Exercice : Création d'un évènement de synchronisation, à partir des mécanismes de synchronisation de base

 

Durée	Prix	Calendrier
5 jours	2100 €
Ce cours peut être dispensé, soit dans notre centre de formation près de Paris,soit dans vos locaux, en France ou dans le monde entier.
Nos formateurs sont bilingues et assurent le cours en français ou en anglais.
Prochaines sessions
du 9 au 13 juillet 2012         du 1 au 5 octobre 2012