Proseminar Technische Informatik

Präsentation zum Thema: "Proseminar Technische Informatik"—  Präsentation transkript:

1 Proseminar Technische Informatik
Echtzeitbetriebssysteme Proseminar Technische Informatik Gregor Schräder SS 2002

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

4 Vergleich „normales“ BS - RTOS
Echtzeit BS 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 Echtzeitbetriebssysteme - Gregor Schräder

5 „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 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 Echtzeitbetriebssysteme - Gregor Schräder

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

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

9 Echtzeitbetriebssysteme - Gregor Schräder
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 Echtzeitbetriebssysteme - Gregor Schräder

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

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

12 Echtzeitbetriebssysteme - Gregor Schräder
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 Echtzeitbetriebssysteme - Gregor Schräder

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

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

15 Prozessablaufplanung
C Prozess C Prozess C 10 Priorität Prozess D Prozess D 5 Prozess E Prozess F Echtzeitbetriebssysteme - Gregor Schräder

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

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

20 Echtzeitbetriebssysteme - Gregor Schräder
Beispiele 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,... Weitere RTOS im Internet: 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 Echtzeitbetriebssysteme - Gregor Schräder

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