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 embarquée Connaissance 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.

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 Exercise :  Installation de l'environnement de développement sur le système hôte (si nécessaire) Exercise :  Installation de l'environnement d'exécution sur la cible Exercise :  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 Exercise :  Construction d'un gestionnaire de listes chaînées génériques utilisable en environnement parallèle Gestion mémoire Les algorithmes de gestion mémoire Buddy system Exercise :  Écriture d'un gestionnaire de mémoire système simple utilisant l'algorithme "buddy" Best fit First fit Gestion de pools Exercise :  Écriture d'un gestionnaire de mémoire générique, multi-niveau Les erreurs mémoire Fuites mémoire Accès à de la mémoire non allouée ou déjà libérée Exercise :  Amélioration du gestionnaire de mémoire pour la détection d'erreurs mémoire Surveillance des piles Exercise :  Amélioration de la commutation de contexte pour surveiller l'utilisation de la pile Second jour 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 Exercise :  Écriture d'un ordonnanceur simple, à priorités fixes 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 Exercise :  Écriture d'un gestionnaire d'interruption simple Interruption et ordonnancement Exercise :  Extension de l'ordonnanceur pour supporter un ordonnancement en ronde (round-robin) Interactions entre coeurs en multicoeurs Cohérence de cache Snooping Snoop Control Unit: transferts cache à cache Machine d'état MOESI Ordonnancement et cohérence mémoire Ordre des accès Ordonnancement mémoire Barrières mémoire Cohérence de données et DMA Accès aux données et multicoeurs Instructions Read-Modify-Write Linked-Read/Conditional-Write Synchronisation en multicoeurs Spinlocks Interruptions inter processeurs Exercise :  Écriture d'un spinlock Troisième jour Ordonnancement multicoeurs Ordonnancement multicoeurs Affectation d'interruptions à un coeur Ordonnanceur multicoeurs Optimisations multicoeurs Optimisation de l'utilisation des caches Éviter les "faux" partages Éviter la saturation des caches Exercise :  Étude d'un ordonnanceur multicoeurs Les primitives de synchronisation Mise en attente et réveil des tâches Sémaphores Exercise :  Mise en œuvre des sémaphores par interaction directe avec l'ordonnanceur

Exclusion mutuelle Spinlocks et masquage d'interruptions Mutex ou sémaphores Exercise :  Mise en œuvre du mécanisme de mutex Mutex récursifs et non récursifs Exercise :  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) Exercise :  Mise en place du mécanisme de plafond de priorité Mutexes et variables condition Exercise :  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 Exercise :  Le problème "producteur-consommateur", ou une illustration d'accès concurrents et sa solution Deadlocks (étreinte fatale) Livelocks (blocage vivant) Starvation (famine) Exercise :  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 Exercise :  Résolution du problèmes des lecteurs et des écrivains avec des threads POSIX Variables spécifiques à un thread Exercise :  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) Hardware spinlock Exercise :  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 Exercise :  Création d'un évènement de synchronisation, à partir des mécanismes de synchronisation de base Multiprocessing asymétrique Aperçu sur AMP Architecture Mémoire partagée Comparaison avec SMP Communication entre les processeurs Framework OpenAMP Remoteproc Rpmsg Exercise :  Envoi de messages entre les cœurs AMP

 

Durée	Prix	Calendrier
5 jours	2660 € HT
Dernière mise à jour : 13 juillet 2022
Ce cours, conçu pour être dispensé en présentiel, est disponible dans notre centre de formation près de Paris,ou dans vos locaux, en France ou dans le monde entier. Nos formateurs sont bilingues et assurent le cours en français ou en anglais. Les sessions inter-entreprises programmées sont ouvertes dès le premier inscrit.
Une version adaptée à un cours en ligne est disponible sous la référence oRT1 - Programmation Linux temps-réel et multi-cœurs
Pour vous enregistrer ou pour toute information supplémentaire, contactez nous par email à l'adresse info@ac6-formation.com. Les inscriptions aux sessions de formation sont acceptées jusqu'à une semaine avant le début de la formation. Pour une inscription plus tardive nous consulter. Vous pouvez aussi remplir et nous envoyer le  bulletin d'inscription
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