Κατανεμημένα συστήματα πραγματικού χρόνου, έννοιες, θέματα, προσεγγίσεις, προοπτικές:
Creators: name: Αναστασόπουλος, Ιωάννης Θωμά
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2009
Subjects: Κατανεμημένα συστήματα πραγματικού χρόνου
Ενσωματωμένα συστήματα πραγματικού χρόνου
Λειτουργικά συστήματα πραγματικού χρόνου
Χρονική προθεσμία
Εργασία
Χρονοπρογραμματισμός πραγματικού χρόνου
Distributed real time systems
Embedded real time systems
Real time operating systems
Deadline
Task
Real time scheduling

description: Τα συστήματα πραγματικού χρόνου αποτελούν ένα πεδίο στο οποίο έχει αφιερωθεί μεγάλο μέρος έρευνας και μελέτης, ειδικά τα τελευταία χρόνια. Το φάσμα εφαρμογών των συστημάτων αυτών είναι, επίσης, αρκετά ευρύ. Όπως δηλώνει και το όνομά τους, κύριο στοιχείο στα εν λόγω συστήματα είναι ο χρόνος και διαδραματίζει τον πρωταγωνιστικό ρόλο σε όλα τα ζητήματα τα οποία έχουν να κάνουν με τον σχεδιασμό, τον χρονοπρογραμματισμό και γενικότερα με την δόμηση των συστημάτων αυτών. Όπως σε όλα τα υπολογιστικά συστήματα, έτσι και στα συστήματα πραγματικού χρόνου, μας ενδιαφέρει η εξαγωγή σωστών, σαφών και ικανοποιητικών αποτελεσμάτων. Εδώ όμως, εισάγεται πλέον και η έννοια του χρόνου, η οποία διαφοροποιεί τα συστήματα πραγματικού χρόνου από τα κοινά υπολογιστικά συστήματα. Δεν αρκεί, λοιπόν, να έχουμε μία παραγωγή ορθών αποτελεσμάτων από το σύστημά μας, αλλά αυτά τα αποτελέσματα θα πρέπει να παράγονται και να συμμορφώνονται σύμφωνα με χρονικούς περιορισμούς οι οποίοι έχουν τεθεί. Για κάθε εργασία, της οποίας τα αποτελέσματα επιθυμούμε να εκμεταλλευτούμε, υπάρχει μία χρονική προθεσμία (deadline) μέχρι την οποία τα αποτελέσματά της μπορούν να είναι χρήσιμα/εκμεταλλεύσιμα. Σε περίπτωση που αυτή η χρονική προθεσμία δεν ικανοποιηθεί, τα αποτελέσματα που παράγονται μετά την παραβίασή της, συνεισφέρουν ελάχιστα ή και καθόλου στο σύστημα και οι συνέπειες σ’ αυτό μπορεί να είναι από απλώς επιζήμιες μέχρι ολέθρια καταστροφικές! Το κατά πόσο λαμβάνονται υπόψη αποτελέσματα τα οποία έχουν παραχθεί εκτός χρονικών προθεσμιών και το κατά πόσο καταστροφικές θα είναι οι συνέπειες, μας οδηγεί στην κατηγοριοποίηση των συστημάτων πραγματικού χρόνου όπως αυτή θα αναλυθεί στο κύριο μέρος της εργασίας. Ο χρονοπρογραμματισμός στα συστήματα πραγματικού χρόνου αποτελεί ένα αρκετά δύσκολο εγχείρημα, καθώς οι χρονικοί περιορισμοί, η περιοδικότητα ή η απεριοδικότητα των εργασιών, οι προτεραιότητες που τους ανατίθενται ή που αναπτύσσονται δυναμικά μεταξύ τους, τον κάνουν αρκετά δυσκίνητο. Ωστόσο, έχουν αναπτυχθεί πολλοί αλγόριθμοι οι οποίοι είναι ικανοί να αποδίδουν πολύ καλά, ανάλογα με τις απαιτήσεις του συστήματος για την εκάστοτε εφαρμογή. Για όλα τα παραπάνω θέματα γίνεται εκτενής ανάλυση στο 1ο κεφάλαιο. Στα κατανεμημένα συστήματα πραγματικού χρόνου αυτό που μας ενδιαφέρει περισσότερο είναι θέματα όπως η μετανάστευση εργασιών, η ανταλλαγή μηνυμάτων, ο χρονοπρογραμματισμός μηνυμάτων, η πραγματικού χρόνου κυκλοφορία μέσα στο δίκτυο, και οι καθυστερήσεις από άκρο σε άκρο. Ο χρονοπρογραμματισμός ανταλλαγής μηνυμάτων αλλά και η πραγματικού χρόνου κυκλοφορία μέσα στο δίκτυο καθώς και θέματα που αφορούν τα κατανεμημένα συστήματα πραγματικού χρόνου αναλύονται στο 2ο κεφάλαιο. Όπως είναι, φυσικό, με την εξέλιξη των κατανεμημένων συστημάτων πραγματικού χρόνου, υπήρξε εξ’ αρχής παράλληλη η απαίτηση για λογισμική υποστήριξη. Συνεπώς, δεν θα μπορούσε να μην αφιερωθεί ένα μέρος της παρούσας εργασίας στα λειτουργικά συστήματα πραγματικού χρόνου. Αυτά αποτελούν είτε αυτούσια λειτουργικά συστήματα πραγματικού χρόνου, είτε είναι εκδόσεις των ήδη γνωστών και παραδοσιακών λειτουργικών συστημάτων Unix, Linux κτλ, αλλά εφοδιασμένα με επεκτάσεις, τέτοιες ώστε να μπορούν να αντιμετωπίσουν καταστάσεις πραγματικού χρόνου. Εκτενής αναφορά και ανάλυση για τα λειτουργικά συστήματα πραγματικού χρόνου γίνεται στο 3ο κεφάλαιο. Οι εφαρμογές των συστημάτων πραγματικού χρόνου καλύπτουν ένα μεγάλο πεδίο. Βρίσκουν εφαρμογή στα πολυμέσα (μετάδοση εικόνας και ήχου), στην τηλεφωνία, στην πυρηνική, στις τραπεζικές συναλλαγές, στην ιατρική (συστήματα εντατικής παρακολούθησης), στην αυτοκινητοβιομηχανία (Αntiblocking Βraking System), σε μηχανήματα πλοήγησης (Global Positioning System), στα συστήματα ελέγχου πτήσης διαστημικών ή εναέριων αεροσκαφών, στην βιομηχανία και πάνω από όλα στα ενσωματωμένα συστήματα. Τα ενσωματωμένα συστήματα πραγματικού χρόνου είναι στοιχεία/υπομονάδες ή συσκευές, οι οποίες αποτελούν μέρος μεγαλύτερων υπολογιστικών συστημάτων. Η συντριπτική πλειοψηφία των κινητών τηλεφώνων σήμερα απολαμβάνει την τεχνολογία των ενσωματωμένων συστημάτων. Οι εφαρμογές των συστημάτων πραγματικού χρόνου αλλά κυρίως των ενσωματωμένων συστημάτων πραγματικού χρόνου αναφέρονται και αναλύονται στο 4ο και τελευταίο κεφάλαιο.
description: This paper studies the concepts of Distributed Real-Time Systems (DRS). In these systems we focus on time, which is the most important parameter and it must be taken under strict consideration. The results providing by a real-time system must meet their deadlines. If a task fails to meet its deadline, then the consequences can be harmful or catastrophic depending on the kind of the system. We describe several types of real-time systems (hard, soft, firm), tasks and scheduling algorithms. We also discuss the progress in the field of operating systems (OS) for real time systems. Traditional operating systems (such as Linux, Unix) become real-time operating systems (RTOS), with specific extensions, that take under account significant time constraints in order to satisfy real time demands. Embedded real time systems are also studied in this paper, since they are used widely in many areas and their application field is very large (cell phones, manufacturing plant control, Antiblocking Braking System “ABS” in cars, etc). The paper is structured as follows: In the first chapter we present the basic concepts of Real-time systems as far as it concerns types of tasks, scheduling algorithms and scheduling issues in general. In the second chapter we discuss about distributed real time systems. The third chapter deals with real-time operating systems and several kernels for real-time systems. In the fourth and final chapter we present embedded real time applications and we discuss about distributed real-time embedded systems. We close this paper with some conclusions and future trends on real time systems.