Vorbereitung zur Prüfung Echtzeitbetriebssysteme

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1 Vorbereitung zur Prüfung Echtzeitbetriebssysteme Zugelassene Hilfsmittel: Taschenrechner Bitte verwenden Sie keinen roten Farbstift! 1. Echtzeitbetriebssysteme - Allgemein (15 Punkte) 1.1. Warum setzen Sie in einem Mikrocontroller ein Echtzeitbetriebssystem ein? Vergleichen Sie mit der betriebssystemlosen Variante. (5 Punkte) Abstrahierung von HW, d.h. es sind keine expliziten HW-Kenntnisse notwendig Es gibt Funktionen die verwendet werden können Timer, E/A-Zugriffe Netzwerkfunktionalität (Treiber,...) Weniger Entwicklungsaufwand => weniger Kosten 1.2. Das Keil-Echtzeitbetriebssystem RTX51-Tiny kennt nur das Round Robin Scheduling- Verfahren. Erläutern Sie zunächst warum dies eigentlich für Echtzeitanwendungen nachteilig ist. Beschreiben Sie weiterhin, warum RTX-Tiny dennoch für Echtzeitaufgaben eingesetzt werden kann. (5 Punkte) Feste Zeitscheibe => keine Prioritäten Erweiterung durch eigene Interrruptverarbeitung, d.h. Zeitkritische Dinge werden durch Interrupts erledigt. FH-Isny Echtzeitbetriebssysteme 1

2 1.3. Die Funktionen SendQueue() und ReceiveQueue() gibt es bei den meisten Echtzeitbetriebssystemen. Beschreiben Sie deren Bedeutung und Einsatzmöglichkeiten. (5 Punkte) Intertaskkommunikation - Entkopplung von parallelen Prozessen (vollständige Kapselung ) Anwendungen Client / Server 2. Scheduling mit dem EDF-Verfahren (15 Punkte) Gegeben sind 3 periodisch auftretende Prozesse, die nicht unterbrechbar sind. Prozess Periode T i [ms] Rechenzeit e i [ms] P P P Bemerkung: Ende der jeweiligen Periode ist zugleich Deadline. Dauer für Taskswitching = 0 Gewünschter Verlauf: P 1 P P Bestimmen Sie die Gesamtauslastung des Systems. Kann mit einem Monoprozessorsystem die Aufgabe prinzipiell bewältigt werden? (4 Punkte) = ¼ + 2/6 + 1/3 = 0,9166 => Monoprozessorsystem ist prinzipiell ausreichend FH-Isny Echtzeitbetriebssysteme 2

3 2.2. Welches Intervall muss überprüft werden um eindeutig festzustellen, das alle 3 Tasks einplanbar sind? (2 Punkte) KgV von (30,40,60) = 120 danach wiederholt sich der Zyklus 2.3. Skizzieren Sie den zeitlichen Ablauf für das EDF-Verfahren. (5 Punkte) PRIO P 1 P P 3 Idle-Task Sind die Entscheidungen in diesem Beispiel immer eindeutig? Siehe 2.4 Bemerkung: Die Idle-Task wird immer dann rechnend, wenn keine andere Task den Prozessor benötigt. Es muss nur ein vollständiger Zyklus skizziert werden Ist das EDF-Verfahren für ein zyklisches, möglichst jitterfreies Abtastsystem geeignet? Gibt es Randbedingungen? Gibt es in diesem Beispiel einen Prozess der jitterfrei ist? (4 Punkte) P1 ist jitterfrei und zyklisch, wobei bei der letzten Entscheidung die Deadlines für P1 und P3 gleich weit entfernt sind. => Es gibt keine Garantie das bei EDF Prozesse jitterfrei ausgeführt werden. FH-Isny Echtzeitbetriebssysteme 3

4 3. Semaphore-Objekte (15 Punkte) Für einen kleinen Museumsraum soll eine Zugangskontrolle realisiert werden. Mit einem Drehkreuz am Eingang bzw. Ausgang soll die Personenzahl auf max. 6 begrenzt werden, d.h. bei 6 Personen im Raum soll das Zugangsdrehkreuz blockiert werden, erst wenn eine der Personen den Raum verlassen hat (Ausgangsdrehkreuz) wird der Zugang wieder freigegeben. Warteschlange vor dem Zugangsdrehkreuz Museumsraum Ausgang a) Lösen Sie das Zugangsproblem mit Semaphor-Objekten. Arbeiten Sie mit 2 bereits existierenden Threads, für Eingang bzw. Ausgang. Der Zustand der Drehkreuze wird über die Events (heventdrehein und heventdrehaus) aus den entsprechenden Interrupt-Service- Routinen signalisiert. Tragen Sie die notwendigen Funktionsaufrufe in Pseudo-C-Code Schreibweise in die untenstehenden Struktogramme ein. Verwenden Sie dazu folgende Funktionsaufrufe : hsemmus = CreateSemaphore(...); WaitForSingleObject(hSemMus,INFINITE); ReleaseSemaphore(hSemMus,...); heventdrehein = CreateEvent(...); ResetEvent(hEventDrehEin); SetEvent(hEventDrehEin);... ISR Eingangs-Drehkreuz SetEvent(hEventDrehEin); SetEvent(hEventDrehEin); //P(SEM) // V(SEM) ISR Eingangs-Drehkreuz SetEvent(hEventDrehAus); EingangsThread hsemmus = CreateSemaphore(...); // Init =6 heventdrehein = CreateEvent(...); AusgangsThread heventdrehaus = CreateEvent(...); for(;;) // Warte auf Signal von Eingangsdrehkreuz WaitForSingleObject(hHEventDrehEin, ); for(;;) // Warte auf Signal von Ausgangsdrehkreuz WaitForSingleObject(hHEventDrehAus, ); WaitForSingleObject(hSemMus,INFINITE); //P(SEM) // Zugang freigeben ResetEvent(hEventDrehEin); ReleaseSemaphore(hSemMus,...); // V(SEM) ResetEvent(hEventDrehAus); FH-Isny Echtzeitbetriebssysteme 4

5 b) Erläutern Sie allgemein den Begriff Prioritäteninversion im Zusammenhang mit Semaphorobjekten. Lösung: Siehe Skript Werden Prozesse durch Semaphore blockiert, so werden diese Prozesse in eine Warteschlange eingereiht unabhängig von der Priorität, d.h. ein niederpriorer Prozess kann dadurch einen hochprioren Prozess blockieren. => Prioritäten werden invertiert!! FH-Isny Echtzeitbetriebssysteme 5

6 Echtzeitbetriebssysteme - Allgemein (15 Punkte) a) Beschreiben Sie den Begriff Deadline im Zusammenhang mit Echtzeitbetriebssystemen. b) Was versteht man unter harter und weicher Echtzeit? c) Erläutern Sie im Zusammenhang mit b) die Schaden- bzw. Kostenfunktion Deadline Deadline Schaden bzw. Kosten (SK) Harte Echtzeit Weiche Echtzeit t(min) t(max) Zeit(t) FH-Isny Echtzeitbetriebssysteme 6