Valós idejű operációs rendszer (RTOS): Összetevők, típusok, példák

Mi az a valós idejű Operating System (RTOS)?

Valós idejű operációs rendszer (RTOS) egy operációs rendszer, amely valós idejű alkalmazások kiszolgálására szolgál, amelyek az adatokat a beérkezésükkor dolgozzák fel, többnyire puffer késleltetés nélkül. Az RTOS teljes formája a valós idejű operációs rendszer.

Az RTOS-ban a feldolgozási időigény kiszámítása tizedmásodpercenkénti lépésekben történik. Ez egy időhöz kötött rendszer, amely rögzített időkorlátként definiálható. Az ilyen típusú rendszerekben a feldolgozást a megadott megszorításokon belül kell végrehajtani. Ellenkező esetben a rendszer meghibásodik.

Miért érdemes RTOS-t használni?

Íme az RTOS használatának fontos okai:

• Prioritáson alapuló ütemezést kínál, amely lehetővé teszi az analitikai feldolgozás és a nem kritikus feldolgozás elkülönítését.
• A valós idejű operációs rendszer API-funkciókat biztosít, amelyek tisztább és kisebb alkalmazáskódokat tesznek lehetővé.
• Az időzítési függőségek elvonatkoztatása és a feladatalapú tervezés kevesebb kölcsönös függőséget eredményez a modulok között.
• Az RTOS moduláris feladat alapú fejlesztést kínál, amely lehetővé teszi a moduláris feladat alapú tesztelést.
• A feladatalapú API feladatként ösztönzi a moduláris fejlesztést, jellemzően egyértelműen meghatározott szerepkörrel fog rendelkezni. Lehetővé teszi a tervezők/csapatok számára, hogy önállóan dolgozzanak a projekt részein.
• Az RTOS eseményvezérelt, és nincs időveszteség a meg nem történt esemény feldolgozási idejére

Az RTOS összetevői

Itt vannak az RTOS fontos összetevői

Az ütemező: Az RTOS ezen összetevője megmondja, hogy a feladatok milyen sorrendben hajthatók végre, ami általában a prioritáson alapul.

Szimmetrikus többfeldolgozás (SMP): Az RTOS számos különböző feladatot képes kezelni, így párhuzamos feldolgozást lehet végezni.

Funkciókönyvtár: Az RTOS fontos eleme, amely interfészként működik, amely segít a kernel és az alkalmazáskód összekapcsolásában. Ez az alkalmazás lehetővé teszi a kérések elküldését a kernelnek egy függvénytár segítségével, hogy az alkalmazás a kívánt eredményt tudja nyújtani.

Memóriakezelés: ez az elem szükséges a rendszerben ahhoz, hogy minden programhoz memóriát lefoglaljon, ami az RTOS legfontosabb eleme.

Gyors feladási késleltetés: Ez egy intervallum az operációs rendszer által azonosítható feladat befejezése és a feldolgozást megkezdő, készenléti sorban lévő szál által ténylegesen eltöltött idő között.

Felhasználó által definiált adatobjektumok és osztályok: Az RTOS rendszer olyan programozási nyelveket használ, mint a C ill C++, amelyeket működésük szerint kell megszervezni.

Az RTOS típusai

Az RTOS rendszerek három típusa:

Hard Real Time

A Hard RTOS-ban a határidőt nagyon szigorúan kezelik, ami azt jelenti, hogy az adott feladat végrehajtását a megadott ütemezett időpontban kell elkezdeni, és a megadott időtartamon belül be kell fejezni.

Példa: Egészségügyi kritikus ellátó rendszer, repülőgép-rendszerek stb.

Cég Real Time

Az ilyen típusú RTOS-oknak is be kell tartaniuk a határidőket. A határidő elmulasztása azonban nem biztos, hogy jelentős hatással jár, de nemkívánatos hatásokat, például egy termék minőségének jelentős csökkenését okozhatja.

Példa: Különféle multimédiás alkalmazások.

Puha valós idejű

Puha valós idejű RTOS, elfogad bizonyos késéseket a Operating rendszer. Az ilyen típusú RTOS-ban egy adott munkához határidő van hozzárendelve, de a kis idejű késés elfogadható. Tehát a határidőket lágyan kezeli az ilyen típusú RTOS.

Példa: Online tranzakciós rendszer és állattenyésztési árjegyzési rendszer.

Az RTOS-ban használt kifejezések

Itt vannak az RTOS-ban használt alapvető kifejezések:

• Feladat – Kapcsolódó feladatok halmaza, amelyek együttesen képesek bizonyos rendszerfunkciókat biztosítani.
• Munka – A feladat egy kis munkadarab, amely hozzárendelhető egy processzorhoz, és amely erőforrásokat igényel, vagy nem.
• Egy állás felmentési ideje – Ez egy munkaidőszak, amikor a munka készen áll a végrehajtásra.
• Munkavégzési idő: A munkának időbe telik, hogy befejezze a végrehajtását.
• Munkavégzés határideje: Itt az idő, mire egy munkának be kell fejeznie a végrehajtását.
• Processzorok: Aktív erőforrásoknak is nevezik őket. Fontosak a munkavégzés szempontjából.
• Maximum Ez az egy munka megengedett válaszidejét a relatív határidőnek nevezzük.
• Munkakör válaszideje: Ez egy feladat kiadásának idejétől számított időtartam, amikor az azonnali befejeződik.
• Abszolút határidő: Ez a relatív határidő, amibe beletartozik a megjelenési idő is.

Az RTOS jellemzői

Íme az RTOS fontos tulajdonságai:

• Nagyon kevesebb memóriát foglal el
• Fogyassz kevesebb erőforrást
• A válaszidők nagyon kiszámíthatóak
• Kiszámíthatatlan környezet
• A kernel elmenti a megszakított feladathirdetés állapotát, majd meghatározza, hogy melyik feladatot futtassa legközelebb.
• A kernel visszaállítja a feladat állapotát, és átadja a CPU vezérlését az adott feladathoz.

Tényezők az RTOS kiválasztásához

Az alábbiakban felsoroljuk az alapvető tényezőket, amelyeket figyelembe kell vennie az RTOS kiválasztásánál:

• teljesítmény: A teljesítmény a legfontosabb tényező, amelyet figyelembe kell venni az RTOS kiválasztásakor.
• middleware: ha a Real Time operációs rendszerben nincs köztes szoftver támogatás, akkor felmerül a folyamatok időigényes integrációjának kérdése.
• Hibamentes: Az RTOS rendszerek hibamentesek. Ezért nincs esély arra, hogy hibaüzenetet kapjon a feladat végrehajtása közben.
• Beágyazott rendszer használat: Az RTOS programjai kis méretűek. Ezért széles körben használjuk az RTOS-t beágyazott rendszerekben.
• Maximális fogyasztás: maximális Fogyasztást érhetünk el az RTOS segítségével.
• Feladatváltás: ShiftA feladatok elvégzésének ideje nagyon rövid.
• Egyedi tulajdonságok: Egy jó RTS-nek képesnek kell lennie, és van néhány extra funkciója, mint például a parancs végrehajtásának módja, a rendszer memóriájának hatékony védelme stb.
• 24/7-es teljesítmény: Az RTOS ideális azokhoz az alkalmazásokhoz, amelyek a hét minden napján, 24 órában futnak.

Különbség a GPOS és az RTOS között

Íme a fontos különbségek a GPOS és az RTOS között:

Általános rendeltetésű Operating rendszer (GPOS)	Real-Time Operating rendszer (RTOS)
Asztali PC-hez és laptophoz használható.	Csak a beágyazott alkalmazásra vonatkozik.
Folyamat alapú ütemezés.	Az időalapú ütemezés, mint a körbefutó ütemezés.
A megszakítási késleltetés nem tekinthető olyan fontosnak, mint az RTOS-ban.	A megszakítási késleltetés minimális, amelyet néhány mikroszekundumban mérnek.
A rendszerben nincs elsőbbségi inverziós mechanizmus.	Az elsőbbségi inverziós mechanizmus az aktuális. Tehát a rendszer nem tudja módosítani.
A kernel működése előzhető vagy nem.	A kernel működése megelőzhető.
A prioritás inverziója észrevétlen marad	Nincs garancia a kiszámíthatóságra

Valós idejű alkalmazások Operating rendszer

Valós idejű rendszereket használnak:

• Légitársaságok helyfoglalási rendszere.
• Légiforgalmi irányító rendszer.
• Azonnali frissítést biztosító rendszerek.
• Bármilyen rendszerben használható, amely naprakész és pillanatnyi információkat szolgáltat a részvényárfolyamokról.
• Védelmi alkalmazási rendszerek, mint például a RADAR.
• Hálózati multimédiás rendszerek
• Parancsvezérlő rendszerek
• Internetes telefonálás
• Blokkolásgátló fékrendszerek
• Szív pacemaker

Az RTOS hátrányai

Íme az RTOS rendszer használatának hátrányai/hátrányai:

• Az RTOS rendszer minimális feladatokat tud együtt futtatni, és csak azokra az alkalmazásokra koncentrál, amelyek hibát tartalmaznak, hogy elkerülje azokat.
• Az RTOS az a rendszer, amely néhány feladatra koncentrál. Ezért ezeknek a rendszereknek nagyon nehéz többfeladatos munkát végezni.
• Az RTOS-hoz speciális meghajtókra van szükség, hogy gyors válaszidőt tudjon kínálni a megszakítási jelekre, ami segít megőrizni sebességét.
• Rengeteg erőforrást használ az RTOS, ami drágítja ezt a rendszert.
• Az alacsony prioritású feladatoknak hosszú ideig kell várniuk, mivel az RTOS fenntartja a program pontosságát, amelyek végrehajtása folyamatban van.
• A feladatok minimális váltása valós idejű operációs rendszerekben történik.
• Összetett algoritmusokat használ, amelyeket nehéz megérteni.
• Az RTOS sok erőforrást használ, ami néha nem megfelelő a rendszer számára.

Összegzésként

• Az RTOS egy olyan operációs rendszer, amely valós idejű alkalmazások kiszolgálására szolgál, amelyek az adatokat a beérkezésükkor dolgozzák fel, többnyire puffer késleltetés nélkül.
• Prioritáson alapuló ütemezést kínál, amely lehetővé teszi az analitikai feldolgozás és a nem kritikus feldolgozás elkülönítését.
• Az RTOS rendszer fontos összetevői: 1) Az ütemező, 2) Szimmetrikus többfeldolgozás, 3) Funkciókönyvtár, 4) Memóriakezelés, 5) Gyors küldési késleltetés és 6) Felhasználó által definiált adatobjektumok és osztályok.
• Az RTOS három típusa: 1) Hard Time 2) Soft time és 3) Firm time
• Az RTOS rendszer nagyon kevesebb memóriát foglal el, és kevesebb erőforrást fogyaszt
• A teljesítmény a legfontosabb tényező, amelyet figyelembe kell venni az RTOS kiválasztásakor.
• Általános rendeltetésű OperaA ting System (GPOS) az asztali számítógépekhez és a laptopokhoz használatos, miközben valós idejű Operating System (RTOS) csak a beágyazott alkalmazásra vonatkozik.
• Valós idejű rendszereket használnak a légitársaságok helyfoglalási rendszerében, légiforgalmi irányító rendszerében stb.
• Az RTOS legnagyobb hátránya, hogy a rendszer csak néhány feladatra koncentrál.

a másodlagos vagy nem felejtő tárolókon, például mágneslemezeken, optikai lemezeken és szalagokon rögzített egymással összefüggő információk gyűjteménye. Ez egy adatgyűjtési módszer, amelyet médiumként használnak a program bemeneti és kimeneti vételére.

Általában a fájl bitek, bájtok vagy rekordok sorozata, amelynek jelentését a fájl létrehozója és felhasználója határozza meg. Minden fájlnak van egy logikai helye, ahol tárolás és visszakeresés céljából található.