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Echtzeitbetriebssysteme Proseminar Technische Informatik Gregor Schräder SS 2002.

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Präsentation zum Thema: "Echtzeitbetriebssysteme Proseminar Technische Informatik Gregor Schräder SS 2002."—  Präsentation transkript:

1 Echtzeitbetriebssysteme Proseminar Technische Informatik Gregor Schräder SS 2002

2 Echtzeitbetriebssysteme - Gregor Schräder 2 Überblick Was ist ein Echtzeitbetriebssystem? Weiche - Harte Echtzeit Einsatzgebiete Aufgaben eines Betriebssystems Aufbau eines Betriebssystems Beispiele & Ausblick

3 Echtzeitbetriebssysteme - Gregor Schräder 3 Echtzeitbetriebssystem - was ist das? DIN (1985): –Betrieb eines Rechensystems, bei dem Programme zur Verarbeitung anfallender Daten ständig betriebsbereit sind derart, dass die Verarbeitungsergebnisse innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne verfügbar sind. Eigenschaften: –Rechtzeitigkeit und Gleichzeitigkeit –Unterbrechungsfähigkeit (Interruptverwaltung) –Sichere Ressourcenverwaltung –Definierte Reaktion auf Fehlerzustände

4 Echtzeitbetriebssysteme - Gregor Schräder 4 Vergleich normales BS - RTOS hohe Antwortzeiten hohe Schedulingzeiten unbekannte Interruptsperren nichtunterbrechbare Kernelaufrufe gerechte Rechenzeit- aufteilung Annahme jedes Prozesses Latenzzeiten gering Scheduling im µs Bereich bekannte Interruptbehandlung teilweise preemptive Kernel Prioritätsklassen im Scheduler Last- und Möglichkeitsanalyse normales BSEchtzeit BS

5 Echtzeitbetriebssysteme - Gregor Schräder 5 Weiche - Harte Echtzeit Weiche - Harte Echtzeit Weiche Echtzeit: –definierte Zeitforderungen –niedrige Kosten bei verspäteten Ergebnissen –Akzeptierung einer geringeren Performance bei einer Verspätung Harte Echtzeit: –Verzögerungen unter keinen Umständen –Ergebnisse sind nutzlos wenn zu spät –katastrophale Störungen bei verpassen Deadlines –unendlich hohe Kosten für verpasste Deadlines

6 Echtzeitbetriebssysteme - Gregor Schräder 6 Einsatzgebiete von RTOS Weiche Echtzeit –digitale Telefonanlage –multimediale Anwendungen –Steuerung unkritischer chemischer Prozesse –Verkaufsautomat –Router und Switches Harte Echtzeit –Steuerung eines Kernreaktors –Steuerung kritischer chemischer Prozesse –Antiblockiersystem –Überwachungssysteme auf einer Intensivstation –Digitalsteuerung im Airbus Flugzeug

7 Echtzeitbetriebssysteme - Gregor Schräder 7 Überblick Was ist ein Echtzeitbetriebssystem? Weiche - Harte Echtzeit Einsatzgebiete Aufgaben eines Betriebssystems Aufbau eines Betriebssystems Beispiele & Ausblick

8 Echtzeitbetriebssysteme - Gregor Schräder 8 Aufgaben eines Betriebssystems Hardware Betriebssystem Software I/O-Verwaltung Task- verwaltung Interrupts Speicher- verwaltung Software Hardwareabstraktion Schnittstellen

9 Echtzeitbetriebssysteme - Gregor Schräder 9 POSIX Standard Portable Operating System Interface –Portabilität von Applikationen –eindeutige Schnittstellen –POSIX konformer Code auf allen POSIX Betriebssystem compilierbar IEEE b Echtzeit & I/O Erweiterungen –Interprocess communiation - Process memory locking –Timers - Real-time signal extensions –Priority scheduling - Synchronized I /O –Shared memory- Asynchronous I/O

10 Echtzeitbetriebssysteme - Gregor Schräder 10 POSIX Standard Beispiele int timer_delete ( timer_t timerid ) sched_setprogram ( pit_ttid, const struct sched_param * param )

11 Echtzeitbetriebssysteme - Gregor Schräder 11 I/O-Verwaltung Synchronisationsmechanismen –Polling –Busy-Waiting –Handshaking Interrupts –Interfacebaustein Beispiel: –Temperatursensor

12 Echtzeitbetriebssysteme - Gregor Schräder 12 Task-Einordnung Eine Task (Prozess) ist: –Träger der Aktivität –die kleinste planbare Einheit –erfüllt eine von Programm spezifizierte Funktion verschiedene Taskzustände Zustandsübergänge werden durch Scheduler ausgelöst

13 Echtzeitbetriebssysteme - Gregor Schräder 13 Task Zustände Einfache, nicht unterbrechbare Tasks bereit deaktiviert aus- führend aktivieren start beenden deaktiviert bereit aus- führend deaktiviert Einfache, nicht unterbrechbare Tasks

14 Echtzeitbetriebssysteme - Gregor Schräder 14 Einfache, unterbrechbare Tasks Task Zustände Einfache, unterbrechbare Tasks bereit deaktiviert aus- führend aktivieren start beenden unter- brechen deaktiviert bereit aus- führend bereit aus- führend deaktiviert

15 Echtzeitbetriebssysteme - Gregor Schräder 15 Prozess A Prozess A Prozess A Prozess A Prozessablaufplanung Priorität Prozess B Prozess C Prozess D Prozess E Prozess F Prozess D Prozess B Prozess C Prozess B Prozess C

16 Echtzeitbetriebssysteme - Gregor Schräder 16 Überblick Was ist ein Echtzeitbetriebssystem? Weiche - Harte Echtzeit Einsatzgebiete Aufgaben eines Betriebssystems Aufbau eines Betriebssystems Beispiele & Ausblick

17 Echtzeitbetriebssysteme - Gregor Schräder 17 Monolithischer Aufbau Def: feste Einheit bildend (Duden) gekennzeichnet durch: –keine erkennbare Struktur –nicht multitaskingfähig –jede Prozedur darf jede andere aufrufen Nachteile: –schlecht anpassbar und wartbar –fehleranfällig Beispiele: –OS/360 (IBM, 1964) –DOS

18 Echtzeitbetriebssysteme - Gregor Schräder 18 Heutige Betriebssysteme hierarchisch strukturiert und modular aufgebaut –taskorientiert –hierarchische Gliederung in Schichten (Schichtenmodell) –verschiedene Abstraktionsebenen Vorteile gegenüber monolithischen Aufbau: –linearer Verifikationsaufwand durch Hierarchie –Skalierbarkeit, Konfigurierbarkeit –Multitaskingfähigkeit

19 Echtzeitbetriebssysteme - Gregor Schräder 19 Die Mikrokernel-Architektur BS-Kern enthält nur die absolut notwendigen Funktionen –Prozessverwaltung –Interprozesskommunikation –Synchronisation Die restlichen Aufgaben in Erweiterungsmodulen

20 Echtzeitbetriebssysteme - Gregor Schräder 20 Beispiele Weitere RTOS im Internet: Prioritätsbasierte Betriebssystemkerne für eingebettete Anwendungen –VRTX, VxWorks, OSEK, PXROS, RTkernel, OS9, RTEMS, Nucleus... Echtzeiterweiterungen für Timesharing Betriebssysteme –RT-Unix, RT-Linux,... Echtzeitbetriebssysteme in der Forschung –MARS, CHAOS, Spring, ARTS, MARUTI,...

21 Echtzeitbetriebssysteme - Gregor Schräder 21 Zusammenfassung & Ausblick Echtzeitbetriebssysteme –Garantierte Reaktionszeiten –Sicherheit und Stabilität –Kompaktheit Aufgaben eines Betriebssystems –Hardwareabstraktion –Bereitstellung von Ressourcen Ausblick –Jetzt schon: RTOS in alle Bereichen des täglichen Lebens –Umsetzung des POSIX Standards

22 Echtzeitbetriebssysteme - Gregor Schräder 22 Ende Vielen Dank für die Aufmerksamkeit


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