ระบบปฏิบัติการเรียลไทม์ (RTOS): ส่วนประกอบ ประเภท ตัวอย่าง

เรียลไทม์คืออะไร Operaระบบ Ting (RTOS)?

A ระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS) เป็น ระบบปฏิบัติการ ออกแบบมาเพื่อรองรับแอปพลิเคชันแบบเรียลไทม์ที่ประมวลผลข้อมูลทันทีที่เข้ามา โดยส่วนใหญ่ไม่มีความล่าช้าจากบัฟเฟอร์ ชื่อเต็มของ RTOS คือ ระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (Real-Time Operating System)

ในระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS) ความต้องการเวลาในการประมวลผลจะถูกคำนวณเป็นหน่วยย่อยเท่าๆ กัน คือเศษส่วนของวินาที เป็นระบบที่มีขอบเขตเวลาจำกัดและมีข้อจำกัดด้านเวลาที่แน่นอน ในระบบประเภทนี้ การประมวลผลจะต้องเสร็จสิ้นภายในขอบเขตเวลาที่กำหนด มิฉะนั้น ระบบจะล้มเหลว

ทำไมต้องใช้ RTOS?

ต่อไปนี้คือเหตุผลสำคัญในการใช้ระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS):

• มีการตั้งเวลาตามลำดับความสำคัญ ซึ่งช่วยให้คุณสามารถแยกการประมวลผลเชิงวิเคราะห์ออกจากการประมวลผลที่ไม่สำคัญได้
• ระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์มีฟังก์ชัน API ที่ช่วยให้เขียนโค้ดแอปพลิเคชันได้สะอาดตาและมีขนาดเล็กลง
• abstracการกำหนดเวลาที่แน่นอนและการออกแบบตามภารกิจส่งผลให้มีการพึ่งพาซึ่งกันและกันระหว่างโมดูลน้อยลง
• ระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS) นำเสนอการพัฒนาแบบแยกส่วนตามงาน ซึ่งช่วยให้สามารถทดสอบแบบแยกส่วนตามงานได้
• API ที่เน้นการทำงานตามภารกิจส่งเสริมการพัฒนาแบบแยกส่วน เนื่องจากภารกิจแต่ละอย่างมักมีบทบาทที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน ทำให้ผู้ออกแบบและทีมงานสามารถทำงานในส่วนของตนในโครงการได้อย่างอิสระ
• ระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS) ทำงานโดยอาศัยเหตุการณ์เป็นหลัก จึงไม่เสียเวลาประมวลผลไปกับเหตุการณ์ที่ไม่เกิดขึ้นจริง

ส่วนประกอบของ RTOS

ส่วนประกอบของเรียลไทม์ Operaระบบ ting

ต่อไปนี้คือส่วนประกอบสำคัญของระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS):

ระบบจัดตารางเวลา: ส่วนประกอบนี้ของระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS) จะตัดสินลำดับการทำงานของงานต่างๆ โดยทั่วไปจะขึ้นอยู่กับลำดับความสำคัญ

การประมวลผลแบบมัลติโปรเซสซิ่งแบบสมมาตร (SMP): ระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS) สามารถจัดการงานที่หลากหลายได้ ทำให้สามารถประมวลผลแบบขนานได้

คลังฟังก์ชัน: เป็นองค์ประกอบสำคัญของระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS) ที่ทำหน้าที่เป็นอินเทอร์เฟซเชื่อมต่อระหว่างเคอร์เนลและโค้ดแอปพลิเคชัน แอปพลิเคชันจะส่งคำขอไปยังเคอร์เนลโดยใช้ไลบรารีฟังก์ชันเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ต้องการ

การจัดการหน่วยความจำ: องค์ประกอบนี้จำเป็นต่อระบบในการจัดสรรหน่วยความจำให้กับทุกโปรแกรม และเป็นองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS)

ความเร็วในการจัดส่งที่รวดเร็ว: มันคือช่วงเวลาระหว่างการสิ้นสุดของงานที่ระบบปฏิบัติการสามารถระบุได้ กับเวลาจริงที่เธรดซึ่งอยู่ในคิวพร้อมทำงานใช้ในการเริ่มต้นประมวลผล

อ็อบเจ็กต์ข้อมูลและคลาสที่ผู้ใช้กำหนดเอง: ระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS) ใช้ภาษาโปรแกรม เช่น C หรือ C++ซึ่งควรจัดตามลักษณะการดำเนินงานของตน

ประเภทของ RTOS

ระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS) มี 3 ประเภท ได้แก่:

ฮาร์ดเรียลไทม์

ในระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS) ที่เข้มงวด การกำหนดเวลาส่งงานจะถูกจัดการอย่างเคร่งครัด ซึ่งหมายความว่างานที่กำหนดจะต้องเริ่มทำงานตามเวลาที่กำหนดไว้ และต้องเสร็จสิ้นภายในระยะเวลาที่กำหนด

ตัวอย่างเช่น ระบบดูแลผู้ป่วยวิกฤตทางการแพทย์ ระบบอากาศยาน เป็นต้น

บริษัทเรียลไทม์

ระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS) ประเภทนี้จำเป็นต้องปฏิบัติตามกำหนดเวลาเช่นกัน อย่างไรก็ตาม การพลาดกำหนดเวลาอาจไม่ส่งผลกระทบอย่างใหญ่หลวง แต่ก็อาจก่อให้เกิดผลเสียที่ไม่พึงประสงค์ เช่น คุณภาพของผลิตภัณฑ์ลดลงอย่างมาก

ตัวอย่าง: แอปพลิเคชันมัลติมีเดียประเภทต่างๆ

ซอฟท์เรียลไทม์

ระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์แบบอ่อน (Soft Real-Time RTOS) ยอมรับความล่าช้าบางส่วนจากระบบปฏิบัติการได้ ใน RTOS ประเภทนี้ จะมีการกำหนดเส้นตายสำหรับงานเฉพาะ แต่ความล่าช้าเพียงเล็กน้อยนั้นเป็นที่ยอมรับได้ ดังนั้น RTOS ประเภทนี้จึงจัดการกับเส้นตายได้อย่างยืดหยุ่น

ตัวอย่าง: ระบบการทำธุรกรรมออนไลน์ และระบบการเสนอราคาปศุสัตว์

ข้อกำหนดที่ใช้ใน RTOS

ต่อไปนี้เป็นคำศัพท์สำคัญที่ใช้ในระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS):

• งาน: กลุ่มของงานที่เกี่ยวข้องกันซึ่งรวมกันแล้วจะทำให้ระบบทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ
• งาน: งานคืองานชิ้นเล็กๆ ที่สามารถมอบหมายให้กับโปรเซสเซอร์ได้ และอาจต้องใช้ทรัพยากรหรือไม่ก็ได้
• เวลาเริ่มงาน: เป็นช่วงเวลาที่งานพร้อมสำหรับการดำเนินการ
• เวลาดำเนินการของงาน: คือระยะเวลาที่ใช้ในการทำงานให้แล้วเสร็จ
• กำหนดเวลางาน: นั่นคือเวลาที่งานควรจะแล้วเสร็จ
• หน่วยประมวลผล: เรียกอีกอย่างว่าทรัพยากรที่ใช้งานอยู่ มีความสำคัญต่อการปฏิบัติงาน
• กำหนดเวลาโดยประมาณ: เวลาตอบสนองสูงสุดที่อนุญาตสำหรับงานนั้นเรียกว่ากำหนดเวลาสัมพัทธ์
• เวลาตอบสนองของงาน: คือระยะเวลาตั้งแต่เริ่มปล่อยงานจนถึงเวลาที่งานเสร็จสมบูรณ์
• กำหนดเวลาที่แน่นอน: นี่คือเส้นตายโดยประมาณ ซึ่งรวมถึงเวลาที่จะประกาศผลด้วย

คุณสมบัติของ RTOS

คุณสมบัติที่สำคัญของ RTOS มีดังนี้:

• ใช้พื้นที่หน่วยความจำน้อยมาก
• ใช้ทรัพยากรน้อยลง
• เวลาตอบสนองสามารถคาดเดาได้สูง
• ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือแม้ในสภาพแวดล้อมที่คาดเดาไม่ได้
• เคอร์เนลจะบันทึกสถานะของงานที่ถูกขัดจังหวะ จากนั้นจึงพิจารณาว่าควรเรียกใช้งานใดต่อไป
• เคอร์เนลจะคืนค่าสถานะของงานและส่งการควบคุม CPU กลับไปยังงานนั้น

ปัจจัยในการเลือก RTOS

ต่อไปนี้คือปัจจัยสำคัญที่คุณต้องพิจารณาเมื่อเลือกใช้ระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS):

• ประสิทธิภาพ: ประสิทธิภาพคือปัจจัยสำคัญที่สุดที่ต้องพิจารณาเมื่อเลือกใช้ระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS)
• มิดเดิลแวร์: หากระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ไม่มีตัวกลาง (middleware) รองรับ ปัญหาการบูรณาการกระบวนการต่างๆ ที่ต้องใช้เวลานานก็จะเกิดขึ้น
• ปราศจากข้อผิดพลาด: ระบบ RTOS ถูกออกแบบมาให้ปราศจากข้อผิดพลาด ดังนั้นโอกาสที่จะเกิดข้อผิดพลาดขณะปฏิบัติงานจึงมีน้อยมาก
• การใช้งานระบบฝังตัว: โปรแกรมของระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS) มีขนาดเล็ก ดังนั้น RTOS จึงถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายสำหรับ... ระบบฝังตัว.
• การใช้ประโยชน์สูงสุด: ระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS) ช่วยให้คุณใช้ทรัพยากรระบบได้อย่างเต็มประสิทธิภาพสูงสุด
• การโยกย้ายภาระงาน: ระยะเวลาในการสลับงานนั้นสั้นมาก
• คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์: ระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS) ที่ดีควรมีความสามารถและนำเสนอคุณสมบัติเพิ่มเติม เช่น วิธีการประมวลผลคำสั่ง และประสิทธิภาพในการปกป้องหน่วยความจำของระบบ
• ประสิทธิภาพการทำงานตลอด 24 ชั่วโมง: ระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS) เหมาะอย่างยิ่งสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการทำงานตลอด 24 ชั่วโมง 7 วันต่อสัปดาห์

ความแตกต่างระหว่าง GPOS และ RTOS

การประยุกต์ใช้เรียลไทม์ Operaระบบ ting

ระบบเรียลไทม์ถูกใช้ใน:

• ระบบการจองตั๋วเครื่องบิน
• ระบบควบคุมการจราจรทางอากาศ
• ระบบที่ให้การอัพเดททันที
• ระบบใดๆ ที่ให้ข้อมูลราคาหุ้นล่าสุดแบบนาทีต่อนาที
• ระบบแอปพลิเคชั่นป้องกันเช่น RADAR
• ระบบมัลติมีเดียแบบเครือข่าย
• ระบบควบคุมสั่งการ
• โทรศัพท์ผ่านอินเทอร์เน็ต
• ระบบเบรกป้องกันล้อล็อก
• เครื่องกระตุ้นหัวใจ

ข้อเสียของ RTOS

ต่อไปนี้คือข้อเสียของการใช้ระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS):

• ระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS) จะประมวลผลงานจำนวนน้อยที่สุดพร้อมกัน และจะมุ่งเน้นเฉพาะแอปพลิเคชันที่มีข้อผิดพลาด เพื่อที่จะหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดเหล่านั้น
• ระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS) จะเน้นการทำงานเพียงไม่กี่อย่าง ดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากมากสำหรับระบบเหล่านี้ที่จะทำงานหลายอย่างพร้อมกัน
• ระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS) จำเป็นต้องมีไดรเวอร์เฉพาะเพื่อให้สามารถตอบสนองต่อสัญญาณขัดจังหวะได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งช่วยรักษาความเร็วในการทำงานของระบบ
• ระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS) ใช้ทรัพยากรจำนวนมาก ซึ่งทำให้ระบบนี้มีราคาแพง
• งานที่มีลำดับความสำคัญต่ำอาจต้องรอเป็นเวลานาน เนื่องจากระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS) ให้ความสำคัญกับความถูกต้องแม่นยำของโปรแกรมที่กำลังทำงานอยู่เป็นอันดับแรก
• ระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์มีการสลับงานน้อยที่สุด
• มันใช้ขั้นตอนวิธีที่ซับซ้อน ซึ่งยากต่อการทำความเข้าใจ
• ระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS) ใช้ทรัพยากรจำนวนมาก ซึ่งบางครั้งอาจไม่เหมาะสมกับระบบนั้นๆ

คำถามที่พบบ่อย