Curs cu pir despre un curs care este curs

of 35 /35
I. Noţiuni introductive privind aplicaţiile multi-tasking de timp real Sistem numeric: = hardware (resurse) + sistem de operare + aplicaţie utilizator (rutine/metode) Sistem de timp real - un sistem care trebuie să răspundă unor restricţii de timp (RT) prestabilite RT – cheia funcţionalităţilor dorite Ex: control proces, identificare online Aplicatie de timp real Aplicaţie cu timp de execuţie mic

description

acesta este un curs acest curs a fost pus aici pt a trage alt curs. multumim pt intelegere. la cererea voastra cursul poate fi dat jos bineinteles, doar nu l-am pus din scopuri bla bla bla kjlksj lkdjlkj skdkls klsj lks lsh jksh skj hjskl jsl jksjksjl

Transcript of Curs cu pir despre un curs care este curs

Page 1: Curs cu pir despre un curs care este curs

I. Noţiuni introductive privind aplicaţiile

multi-tasking de timp real

� Sistem numeric:

= hardware (resurse) + sistem de operare + aplicaţie utilizator (rutine/metode)

� Sistem de timp real - un sistem care trebuie să răspundă unor restricţii de timp

(RT) prestabilite

RT – cheia funcţionalităţilor dorite

Ex: control proces, identificare online

Aplicatie de timp real ≠ Aplicaţie cu timp de execuţie mic

Page 2: Curs cu pir despre un curs care este curs

- [timp] contează momentele de timp la care rezultatele sunt obţinute!!

- [real] răspuns la evenimentele externe pe măsură ce acestea apar

Exemple

Control

Monitorizare + alerte/decizii

Page 3: Curs cu pir despre un curs care este curs

Sistem de timp real

o Hardware -ul asigura răspuns rapid la evenimente externe, sincronizare

temporală, siguranţă

o Aplicaţia dezvoltată multitasking [procese modulare, cu priorităţi

diferite] + ISRuri

o Sistemul de operare oferă anumite facilităţi suplimentare – accent pe

răspuns rapid la evenimente externe, partajare resurse, executie

multitasking (comutare de la un task la altul + planificare & alocare)

Page 4: Curs cu pir despre un curs care este curs

resurse

o active: procesoare – asigura execuţia instrucţiunilor

o pasive: periferice (DA, AD, PWM, numaratoare), linii de comunicatie,

locatii memorie (variabile)

+

procese care lupta pentru ocuparea resurselor (implementate de programator)

o Task = proces care implementeaza o anumita facilitate a aplicatiei

o ISR = proces prin care se raspunde unei cereri de intreruperi lansata de un

dispozitiv periferic

+

sistemul de operare de timp real – asigura servicii pentru execuţia proceselor şi

ocupare/eliberarea resurselor in sensul respectării restrictiilor de timp

Page 5: Curs cu pir despre un curs care este curs

← procesele trebuie să coopereze pentru a produce rezultate

← procesele lupta pentru ocuparea resurselor: algoritmi de planificare si

alocare

procesele ocupa pentru executie:

- o resursa activa (procesor, server) – cel putin

- eventual anumite resurse pasive (memorie, etc)

� O resursa poate fi ocupata de un singur proces la un

moment dat (acces exclusiv)

� Cedarea resursei unui alt proces mai prioritar:

o resurse active - prin preemtare (unui alt task) sau

intrerupere (unui ISR);

o resurse pasive: acces preemtiv

Page 6: Curs cu pir despre un curs care este curs

Proces – zona de memorie proprie pentru

- cod executat

- date folosite

+

- stare procesor (resursa activa): registri

Fir („thread” – engl.) – fara zona proprie de memorie

Procese create dinamic/static

Page 7: Curs cu pir despre un curs care este curs

Diferente principale sistem timp real – alte sisteme numerice

Sistem timp real

Alte sisteme numerice

Planificare Planificarea taskurilor in sensul

respectarii restrictiilor de timp

Folosirea corectă şi

eficientă a resurselor

Timp de răspuns Incalcarea unui deadline – rezultatul

nu este doar întârziat, ci şi greşit

→ timpii de răspuns să asigure

respectarea restricţiilor de timp

pentru cazul cel mai

nefavorabil

Timpi de raspuns cât mai

buni

Supraîncărcare Respectarea restricţiilor de timp

importante

Comportare acceptabilă

[The Concise Handbookof Real-Time Systems, www.timesys.com]

Page 8: Curs cu pir despre un curs care este curs

T2 T1 T1T2 T2 T2T3 T3

while(1){

if() operatii task 1

if(…) operatii task 2

etc

}

Motontasking

while(1){

}

Multitasking

ISR

Task1

ISR

Task2 Task3

Avantaje abordare multitasking:

- Extensie simpla – adaugare taskuri

- Prioritati diferite

- Temporizari & restrictii de timp mai

flexibil de gestionat, independent

pentru fiecare task

Page 9: Curs cu pir despre un curs care este curs

Executia multitasking solicită:

Task1

…………….

…………….

…………….

…………….

Task 2

……………

……………

……………

…………..

SOTR

Programator (+ servicii SOTR)

Continuarea executiei

procesului cu urmatoarea

instructiune + gestionare

corectă a stivei/memoriei

Logica nealterată,

consistenţa date,

sincronizare, etc.

SOTR asigură comutarea corectă de la un proces la

altul (comutarea contextelor)

Context task

= conţinut regiştri procesor + adresă de început task

+ stare task +adresa stivei iniţiale + var. specifice

ale SOTR

Orice proces trebuie executat

consistent, indiferent ce

comutări între procese au loc

Page 10: Curs cu pir despre un curs care este curs

Din perspectiva programarii: Multitasking + folosire ISR

Pot exista sectiuni critice:

� acces concurent la IO, variabile de memorie globale

� alte succesiuni de instructiuni ce trebuie nu trebuie fragmentate

Poate exista secvente reentrante – acelaşi cod executat pe instante diferite

Din perspectiva dezvoltarii unui RTOS: RTOS - mod privilegiat

Page 11: Curs cu pir despre un curs care este curs

Facilităţi uzuale oferite de un SOTR:

• asigură execuţie multitasking:

o creare-stergere taskuri

o gestionare taskuri pe stări multiple

o comutare între taskuri

o arbitrare taskuri

• comunicare între taskuri

• partajare resurse pasive

• monitorizare executie

+

• respectare restricţii de timp

arbitrare în sensul respectării RT – pe bază de priorităţi

Page 12: Curs cu pir despre un curs care este curs

Tipuri RTOS – in funcţie de facilitaţile oferite:

planificare („scheduling”) +

control execuţie („dispatcher”)

comunicare intertask

+ sincornizare

acces protejat la memorie, servicii I/0

fisiere, securitate, interfata utilizator

microkernel

kernel

executiv

Page 13: Curs cu pir despre un curs care este curs

Clasificare RTOS/ în funcţie de interfaţarea cu aplicaţia utilizator

- monolitic

o RTOS lucreaza in mod privilegiat, iar aplicatiile lucreaza in mod

utilizator folosind apeluri la RTOS bazate pe trap

o Executia aplicatiei in mod supervizor prin linkeditare cu RTOS

(apel sistem ≡ apel functie)

- stratificat

o RTOS organizate pe module organizate ierahic

� Permite update simplu a unui modul

� Scalabilitate, portabilitate crescute

Page 14: Curs cu pir despre un curs care este curs

- bazat pe OS servere

o Kernel minimal:

� asigura comunicare securizata si operatii sistem critce

(accesare registri IO)

� functii ale RTOS sunt mutate in procese de tip OS server ce

ruleaza in mod utilizator si comunica prin mesaje.

o modularitate, extensie fireasca catre sisteme distribuite

o eroare la un server SO nu devine fatala

• Probleme:

o Consum resurse pe comunicare

o Dificultati in gestionarea comunicarii

o Tratarea ISR - cereri transmise prin mesaje si

tratate in mod user prin „interrupt service

task” (implica comutari de context intre

taskuri)

Page 15: Curs cu pir despre un curs care este curs

Ocuparea resurselor active/pasive este tratată distinct de SOTR:

i). Ocuparea resurselor active (procesoare):

Caz multiprocesor – planificare si alocare >> procese concurente

CAND (planificare) şi UNDE (alocare) se execută taskurile (procesoarele

vor comunica prin mesaje sau zone partajate de memorie)

Caz nedetaliat în curs!!!!!!

Caz monoprocesor - planificare:

CAND se execută taskurile

o pentru taskuri exista un arbitru care decide ce task preia procesorul:

planificatorul (componenta a SOTR);

o pentru ISR arbitrul este de obicei un controller hard, nu o componenta a

SOTR.

Page 16: Curs cu pir despre un curs care este curs

ii). Ocuparea resurselor pasive:

Resurse pasive = zone de memorie, dispozitive periferice, etc

Resursele sunt partajabile intre procese!!!!

o Un proces care ocupa resursa trebuie să îşi poată finaliza în timp finit

operaţiile, fără a pierde consistenţa datelor

o Un proces mai puţin prioritar nu trebuie să întârzie un alt proces mai

prioritar la primirea resursei (inversare de prioritate)

o Procesele nu trebuie să se blocheze în aşteptarea resurselor („deadlock”)

Proces 1

..............

Setez mod de lucru 1

Folosesc resursa pe mod 1

........................

Proces 2

..............

Setez mod de lucru 2

Folosesc resursa pe mod 2

........................

Page 17: Curs cu pir despre un curs care este curs

I.1. Detalii despre ocuparea resurselor active in SOTR

I. 1. 1. Clasificare taskuri

1) după mod activare

o periodice, deterministe – activate cu regularitate

� la fiecare activare: citesc stare sistem, execută calcule, trimit comenzi

de afişare-modificare stare sistem

Ex: aviaţie - ajustarea poziţiei supapei rezervorului de combustibil în

funcţie de puterea solicitată; automobilism – verificare blocare roţi;

achiziţie date; control periodic; refresh DRAM.

o aperiodice – activate când anumite evenimente au loc

� pot fi critice (cu deadline ferm - sporadice) sau obişnuite (fără

deadline ferm - aperiodice)

Ex: reconfigurarea sistemului de control atunci când anumite anomalii sunt

detectate; operaţii de întreţinere; înregistrare de evenimente.

Page 18: Curs cu pir despre un curs care este curs

2) după importanţă

o critice – hard deadline - uzual : periodice

o esenţiale – deadline ferm, important

o neesenţiale – deadline-ul poate fi încălcat fără efecte imediate

(„software deadline”)

⇒ necesitate considerare priorităţi pentru taskuri

Page 19: Curs cu pir despre un curs care este curs

I. 1. 2. Starile posibile ale unui task

in asteptare

(“waiting”)

Se termina de

executat

in curs de executie

(“running”)

Evenimentul asteptat

a avut loc

pregatita pentru

executie (“ready”)

Cere asteptarea

unui eveniment

suspendata

activata

Primeste

procesorul

(“start)

Pierde

procesorul

(“preempt”)

Pot exista diferente intre SOTR cu privire la modul de trecere del a o stare la alta sau

denumirea stării

Page 20: Curs cu pir despre un curs care este curs

I. 1. 3. Moduri execuţie a taskurilor

o preemtiv

un proces poate ceda procesorul altui proces atunci cand planificatorul

decide acest lucru, fără a i se cere acordul:

in executie “ready”

T1

in executie

suspendat in executie

suspendat

activare T1 Terminare T1

T2

v

in executie “ready”

T1

in executie

suspendat in executie

suspendat

activare T1 Terminare T1

T2

v

Page 21: Curs cu pir despre un curs care este curs

o nepreemtiv

un proces nu cedează procesorul altui proces activ, fără acordul său

in executie

T1

suspendat

suspendat ready”

in executie

activare T1

Terminare T2

T2

v

>> pot fi admise moduri mixte: unele procese preemtive, altele nepreemtive

Page 22: Curs cu pir despre un curs care este curs

Un proces caracterizat in SOTR prin:

o ID

o Stare

o Resurse ocupate

- pentru control executie

Page 23: Curs cu pir despre un curs care este curs

1. 4. Planificator

Planificatorul („scheduler”) monitorizează coada de taskuri „ready” şi stabileşte ce

task trece executie.

Elemente ce definesc planificatorul:

o cand se activează planificatorul (când poate decide comutarea)

„clock driven” [periodic]

planificatorul se activează periodic (o perioadă = frame)

+ procesul in executie cere acces la planificator, se termina sau intra in

asteptare

„event driven” [bazat pe evenimente]

planificatorul se activează cand apare un eveniment ce modifică coada

„ready”

+ procesul in executie cere acces la planificator, se termina sau intra in

asteptare

Page 24: Curs cu pir despre un curs care este curs

in executie “ready”

T1

in executie

suspendat in executie

suspendat

activare T1 Terminare T1

T2

v

in executie “ready”

T1

in executie

suspendat in executie

suspendat

activare T1 Terminare T1

T2

v

cadru

(„frame”)

• mod preemptiv!!!!

Page 25: Curs cu pir despre un curs care este curs

o algoritmul de planificare – cum alege taskul câştigător:

� uzual pe bază de prioritate

� priorităţile pot fi statice (un task are aceeaşi priroitate pe durata

execuţiei aplicaţiei) sau dinamice (un task îşi modifică prioritatea)

• la multe SOTR: statice (stabilite de designer)

Page 26: Curs cu pir despre un curs care este curs

I. 1. 5. Execuţia ISR

Atentie: ISR nu sunt supervizate de planificator!

Cererile nu sunt stocate in coada ready – gestionate de controllerul de

intreruperi

Uzual ISR sunt gestionate pe nivele de prioritate superioare:

un ISR intrerupe orice task daca IF permite

+

modifcare IF – disable/enable

un ISR poate intrerupe un ISR mai putin prioritar daca IF permite

Page 27: Curs cu pir despre un curs care este curs

I. 2 Restricţiile de timp – definiţii utile

� Restricţia de timp - cerinţa de a executa o operaţie după ce sunt îndeplinite

anumite condiţii şi înainte de un termen prestabilit

),,,,( deadlineIexecreleased tpttId

cu releaseexec ttt −< deadline ,

p perioada de activare a proceselor periodice

Id – identificator task

Page 28: Curs cu pir despre un curs care este curs

procesi

ei

(executie)

Di

(deadline relativ)

Taski li

rezerva

(laxity, slack)

di

termen limita

(deadline absolut)

ri

activare

(release)

timp

interval in care procesul

trebuie sa se execute

(occurance interval, feasible interval)

Taski

intarziere

(tardeness)

Page 29: Curs cu pir despre un curs care este curs

Timpul de activare ri

poate incorpora şi restricţii de precedenţa (procesul se poate executa doar dacă

alte procese s-au executat)

Timpul de executie ei

este calculat pentru un proces care se executa fara a fi intrerupt-preemtat, avand

toate resursele necesare disponibile si toate restrictiile de precedenta indeplinite

Depinde de viteza resurselor active

Nu depinde de secventa de executie a taskurilor

Poate fi diferit daca exista instructiuni conditionale,

daca se foloseste memorie cash

],[+−

∈ iii eee >> se va considera in analiza +

ie

Page 30: Curs cu pir despre un curs care este curs

Obs:

In aplicatiile de timp real exista multe procese periodice

Aplicaţii on-line: ∞<deadlineT ; aplicaţii off-line: ∞→deadlineT

Tipuri restrictii de timp

• hard (ferme)

• soft (mai putin severe, optionale)

Functia de utilitate

Indica daca este utila executia procesului chiar si dupa expirarea termenului limita

intarziere

utilitate

0

Page 31: Curs cu pir despre un curs care este curs

Timp = resursa STR ⇒ corectitudine în funcţionarea STR

Alte restricţii ce trebuie îndeplinite:

� Performanţe impuse pentru anumite operaţii

� Fiabilitate STR

� Restricţii privind accesul la resursele comune limitate şi partajabile:

procesoare, dispozitive IO, baze date, resurse reţea comunicaţie

De multe ori SOTR oferă doar ajutor in gestionarea resurselor

active/pasive conform prioritatilor proceselor

Respectarea restricţiilor ramâne in sarcina designer –ului!!!!

Page 32: Curs cu pir despre un curs care este curs

Respectarea restrictiilor de timp se verifica pe cazul cel mai nefavorabil

Acesta este greu de gasit la sisteme cu multe procese, principalele dificultăţi

fiind: determinarea +

ie , ri, lucru cu procese aperiodice sau sporadice, intârzieri,

situaţii neprevăzute

• Cerinţă: respectarea predictibilă a restricţiilor de timp (importante)

Page 33: Curs cu pir despre un curs care este curs

Plan = secventa/ordinea in care se vor executa taskurile

Plan valid (corect) – asigura respectarea conditiilor:

• Un procesor are asignat un singur job la un moment dat

• Un proces este asignat maxim unui singur procesor la un moment dat

• Niciun task nu incepe inainte de ri

• Restrictiile de precedenta si de utilizare a resurselor sunt indeplinite

• Un task ocupa procesoarele maxim un timp egal cu ei

Plan admisibil (“feasible”) – plan valid ce asigura respectarea deadline-urilor

Page 34: Curs cu pir despre un curs care este curs

Sisteme de timp real

PET [Physical Execution Time] -

o descriere temporală exactă a secventei de executie, prin design

o acces exclusiv la procesor - uzual main + ISR in ASM

BET [Bounded Execution time] – cu SOTR: taskuri + ISR

o RT: deadine pentru taskuri

Probleme: adaugarea unor taskuri noi afecteaza modul de execuţie al

taskurilor deja existente în sistem

Page 35: Curs cu pir despre un curs care este curs

LET [Logical Execution time]

Exemplu: HTL [Hierarchical Timimg Language]

� comunicator = variabila ce poate fi accesata la anumite momente de timp

pentru sciere-citire

� „mode” – grup de taskuri de aceeaşi frecvenţă; acceptate restricţii de

precedenţă

→ un program HTL: set de comunicatori + „mode” -uri

o taskurile nu includ sincronizări, ci citesc/ actualizează instanţe ale

comunicatorilor;

o taskurile comunica prin comunicatori; comunicarea directa intertask

permisă în mode prin porturi