Weiche Echtzeit - informatik.hu-berlin.de · LynxOS 3.0 Windows NT Voraussetzungen: Fixed Priority Scheduling, M oglichkeit, Scheduling-Politiken umzuschalten, M oglichkeit, Priorit

EMES: Eigenschaften mobiler und eingebetteter Systeme

00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101Weiche Echtzeit

Dr. Felix Salfner, Dr. Siegmar Sommer

Wintersemester 2010/2011

00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101Wiederholung - Resultat/Wert-Funktion

Wert

Wert Wert

Wert

Zeit Zeit

Zeit Zeit

Deadline

Deadline Deadline

Deadline

"harte" Echtzeit

"weiche" Echtzeit

Echtzeitsysteme

sind Computer-

systeme, bei

denen der

Nutzen eines

Resultates nicht

nur vom

Resultat

abhangt,

sondern auch

vom Zeitpunkt

der Auslieferung

des Resultats.

1 EMES: Eigenschaften mobiler und eingebetteter Systeme c© ROK

00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101 Soft Realtime

Doing hard Realtime is hard...


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101 Soft Realtime

Doing hard Realtime is hard...

... but doing soft Realtime is much harder!


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101Soft-Realtime-Anwendungen

• Multimedia-Applikationen

– fehlende Frames reduzieren Qualitat, sind aber keine Katastrophe

• Geschaftsprozesse (Banken, Borsen, Online-Handel)

– zu spat kommende Daten konnen kostspielige Folgen haben, aber

keine Katastrope

– In Uberlastsituationen sind langere Antwortzeiten akzeptabel

• Telekommunikation

– Anrufton kann in Einzelfallen verspatet kommen

– Abbruch einer Verbindung ist in gewissen Grenzen akzeptabel


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101Performancemaße

• Durchschnittswerte sind im Gegensatz zu harten Echtzeitsystemen als

Maß akzeptabel

• Verteilungsfunktionen definieren Qualitat des Ergebnisses

• Statistische Betrachtungen statt Garantien

Ziel: Moglichst hoher Anteil eingehaltener Deadlines

Problem: Schon bei recht kleinen Problemen NP-vollstandig


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101 Jitter

• Ungenaues Einhalten von Deadlines (oder Verpassen) fuhrt zu

erhohtem Jitter

• Multimediaanwendungen:

– Jitter ist storender als geringfugig inkorrekte Geschwindigkeit

– Jitter senkt die Qualitat

• Geschaftsprozesse:

– Jitter stort im allgemeinen Fall nicht

– Jitter kann storen, wenn dadurch die Anwendungslogik verletzt wird

• Telekommunikation

– Bei Verarbeitung von audiovisuellen Daten: wie Multimedia

– Beim Schalten von Verbindungen: Jitter stort weniger als abgebro-

chene Prozesse


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101Quality of Service (QoS)

“QoS ist die Fahigkeit eines Systems, Anforderungen an den gelieferten

Service zu erfullen”

Parameter:

• Jitter

• eingehaltene Deadlines

• Vorhersagbarkeit

• Bandbreite

• Durchsatz

• End-to-End Parameter

Klar:

Ein hartes Echtzeitsystem liefert (in den meisten Fallen) den besten QoS

Aber: Harte Echtzeitsysteme sind teuer, denn...


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101Kosten harter Echtzeitsysteme

• Hoher Ressorcenbedarf durch

– Auslegung fur Worst-Case-Szenarien

– WCET-Analysen mit (notwendigen) pessimistischen Einschatzungen

– Beschrankung “erlaubter” Programmiermethoden

• Hohe Kosten durch

– Ressourcenuberdimensionierung (s.o.)

– Validierungsverfahren, Zertifizierungen, Nachweise

– unflexible Architekturen (im Fall nachtraglicher Erweiterungen)

– spezielle Hardware

– spezielle Programmierumgebungen (hoher Entwicklungsaufwand)

Idee: Bei weicher Echtzeit wird vieles davon nicht benotigt!


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101Soft Realtime auf COTS-Systemen I

COTS: Commercial off-the-shelf

Vorteile:

• Durch Massenmarkt billige Hardware

• Durch Massenmarkt statistische Daten vorhanden (Zuverlassigkeit)

• Betriebssysteme ebenfalls off-the-shelf

• Keine oder kaum Abhangigkeiten von speziellen Herstellern

aber:

• Zuverlassigkeit ist nicht vergleichbar mit harten Echtzeitsystemen

• Betriebssysteme sind auf “best effort” optimiert, nicht auf zeitliche

Vorhersagbarkeit

• Kein vollstandiges Wissen uber Ablaufe im System


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101Soft Realtime auf COTS-Systemen II

• Harte Echtzeit nicht oder nur mit grossem Aufwand erreichbar (aber

auch nicht notig fur Soft Realtime Systeme)

• Kompromisse sind erforderlich

– dedizierte Systeme mit eingeschrankter Funktion erhohen Wissen

uber Systemablaufe

– Einfachere Hardware und/oder Systemsoftware erhohen Wissen uber

Systemablaufe

– zwischen Performance und Quality of Service

– zwischen Vorhersagbarkeit und Funktionalitat

• Klare Trennung ist erforderlich zwischen “Echtzeit”-Prozessen und

ubrigen Ablaufen auf dem System


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101Idee: Erweiterung des OS-Scheduler

• Nieh and Lam 1997: SMART

–”Scheduler for Multimedia And Real-Time“

– Erweiterung / Ersatz des SunOS 2.5 Schedulers

– Basiert auf einer importance (abgeleitet von priorities und weighted

fair queueing) und einer urgency (angelehnt an EDF)

• Verwendung eines RT-Betriebssystem, verpasste Deadlines werden in

Kauf genommen

Zusammenfassender Artikel:

Nieh, J. & Lam, M. S., 2003. A SMART scheduler for multimedia

applications. ACM Transactions on Computer Systems, 2(21), pp. 117-

163


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101Idee: Benutzung von OS-Prioritaten

• (Fast) jedes Betriebssystem arbeitet mit verschiedenen Prioritatsebe-

nen und Prioritats-Scheduling

• Diese Prioritaten konnen benutzt werden, wenn man Mechanismen

wie Aging und Priority-Boosts abschaltet (fixed priority scheduling)

• Scheduling obliegt OS-Scheduler

• Probleme:

– Betriebssysteminterne Prozesse hoher Prioritat konnen “storen”

– Abbildung auf Prioritaten ist nicht einfach, da Bereich begrenzt ist

(muß oberhalb aller anderen Prioritaten liegen)

– Implementation des OS-Schedulers nicht immer bekannt

– Systeminterne Ablaufe sind nicht immer bekannt


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101

Idee v2: Benutzung eines “SchedulingServers”

• Benutzung der Prioritaten des Betriebssystems als Grundlage

• Nutzung der beiden hochsten Prioritatsebenen fur die Implementati-

on eines “Echtzeit-Schedulers” fur die Verwaltung der zeitkritischen

Tasks

• Scheduling der “Echtzeit-Tasks” obliegt Scheduling Server

• Funktion:

– Scheduling Server lauft periodisch auf hochster Prioritat

– Manipuliert Prioritaten der anderen Prozesse so, daß zweite Prio-

ritatsstufe fur Echtzeit-Tasks benutzt wird

• Idee wurde im Rahmen von weichen Echtzeitsystemen auf Basis von

COTS-Systemen mehrfach parallel entwickelt, u.a. durch Dr. Andreas

Polze am Institut fur Informatik der HU


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101HU Scheduling Server — Funktion

SchedulingServer

interactivetasks

realtimetasks

time

priority31

kerneltasks


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101Scheduling Server — Vorteile

• Keine Modifikationen am Betriebssystem erforderlich

• Keine Kenntnis des Source-Codes erforderlich

• Scheduling Server kann intern beliebige Prioritaten benutzen

• Scheduling Server kann intern beliebige Schedulingverfahren imple-

mentieren

• System bleibt (mit reduzierter Leistung) fur Nicht-Echtzeit-Aufgaben

benutzbar

• Leistung fur Echtzeit-Tasks weitgehend konstant


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101Scheduling Server — Nachteile

• Ablaufe im Betriebssystemkern sind nicht vollstandig bekannt, damit

unvorhersehbare Einflusse moglich

• Benutzung von Systemaufrufen kann unvorhersehbare Auswirkungen

auf das zeitliche Verhalten haben

• Scheduling Server kann Systemprozesse behindern (z.B. grafische

Oberflachen)

• Fur harte Echtzeit nicht geeignet


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101Scheduling Server — Implementationen

Auf folgenden Plattformen wurde die Idee des Scheduling Servers imple-

mentiert und untersucht (u.a.):

• Mach (NeXTStep 3.3)

• Solaris

• rtLinux 0.x

• LynxOS 3.0

• Windows NT

• Voraussetzungen: Fixed Priority Scheduling, Moglichkeit, Scheduling-

Politiken umzuschalten, Moglichkeit, Prioritaten umzuschalten


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101Scheduling Server — NeXTStep

thread_t th_id;mutex_t th_list_lock;condition_t new_th_reg;

while(1) {mutex_lock( th_list_lock );while ((th_id = next_edf( thread_list )) == THREAD_NULL)

condition_wait( new_th_reg, th_list_lock );

/* set scheduling policy and quantum, resume thread */thread_policy(th_id, POLICY_FIXEDPRI, time_rt);thread_priority(th_id , real_time_prio, FALSE);thread_resume( th_id );

/* handoff scheduling, real-time thread runs until its quantum expires */thread_switch(th_id, SWITCH_OPTION_DEPRESS, 0);

thread_suspend( th_id );mutex_unlock( th_list_lock );

/* give rest of the system a chance, invoke Mach scheduler */thread_switch(THREAD_NULL, SWITCH_OPTION_WAIT, time_os);

}

Scheduling Server - main loop

J.R./ A.P. 11/97


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101Scheduling Server — Windows / Solaris

!"# # $%&'(%()*+*,-)!

"! #$%&'$'()*)+,(!

!"# $%&'#(%)*$+,# $%+# &-*.+-+"$)$&/"'#/0# $%+#'(%+12.&"3#'+,4+,#(/"(+*$#/"#5&"1/6'#78#

)"1#9:7#9/.),&'#),+#+;*.)&"+1<##

"-.! /'('0*&!*012+)'1)30'!

=/$%# '/.2$&/"'# %)4+# )# 4+,># '&-&.),# ),(%&$+($2,+?# /".># $%+# /*+,)$&"3# '>'$+-# 1+*+"1+1#

*),$'#1&00+,<#8%+#0/../6&"3#*&($2,+#'%/6'#$%+#3+"+,).#(/"(+*$@#

#

*&(A'#

(/"$,/.#

-+'')3+'#

'(%+12.&"3#

'+,4+,##$%,+)1

'%),+1#.&'$#

/0#(.&+"$#

$)'A'#

(.&+"$#$%,+)1#

(/"$,/..+,#

)**.&()$&/"#

1&'*)$(%+,#

)**.&()$&/"#

#

#

#

#

#

#

#

#

4+530'!"-.6!7*8+1!*012+)'1)30'8!,9!)2'!:;<<!*(=!<><<!+$%&'$'()*)+,(8!

8%+#(/"$,/..+,#)**.&()$&/"#&'#$%+#0,/"$B+"1#0/,#$%+#2'+,#$/#(/"0&32,+#$%+#'(%+12.&"3#'+,4+,#

'+$$&"3'<#C$#$%+#-/-+"$#0/2,#$>*+'#/0#(/"$,/.#-+'')3+'#),+#1+0&"+1#@#

!" # 98CD8E99#

!" # 98FGE99#

!" # CHHE8IDJCH#K(.&+"$#!H?#%&3%G%)'+?#./6G%)'+L#

!" # HJME8IDJCH#K(.&+"$#!HL#

8%+# 1&'*)$(%+,# )**.&()$&/"# ,+(+&4+'# $%+'+# -+'')3+'# )"1# *+,0/,-'# $%+# (/,,+'*/"1&"3#

)($&/"<#5%+"#,+(+&4&"3#$%+#98CD8E99#(/--)"1#$%+#1&'*)$(%+,#(,+)$+'#$%+#'(%+12.&"3#

'+,4+,# $%,+)1?#98FGE99#+"1'# $%+#'(%+12.&"3#'+,4+,# $%,+)1<#8%&'# $%,+)1#-2'$# ,2"#6&$%#

)1-&"&'$,)$/,# *,&4&.+3+'# /"# N/$%# '>'$+-'# $/# *+,0/,-# $%+# "+(+''),># *,&/,&$>#

-)"&*2.)$&/"'?#$%2'#$%+#1&'*)$(%+,#)**.&()$&/"#-2'$#,2"#2"1+,#,//$#*,&4&.+3+'<#=+()2'+#

/0#$%+#),(%&$+($2,).#'*.&$#$%+#(/"$,/..+,#()"#,2"#2"1+,#"/,-).#2'+,#*,&4&.+3+'#+&$%+,#/"#)#

1&00+,+"$# -)(%&"+# /,# /*+,)$&"3# '>'$+-?# /".># 1+*+"1&"3# /"# $%+# (/--2"&()$&/"#

-+(%)"&'-#2'+1<#8%&'#'$,2($2,).#(/"(+*$#)4/&1'#'+(2,&$>#*,/N.+-'?#N+()2'+#$%+#2'+,#/0#


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101Scheduling Server — Windows / Solaris

!""#$%&'()(*(+,--(&."/#.#$010&2$! 34!

"#!$%%&'()*!+!,!-.//!)0%1&0&'232)4'!

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

%%%%/<7?/;04.%J%7,-./02:*7X/<7&;0.=YZ,+,-./0C%%%%%/<7?:@,),/*.%J%7,-./02:*7X/<7&;0.=YZ,:@,),/*.C%%%%%/<72AB),/*.%J%7,-./02:*7X/<7&;0.=YZ4AB),/*.C%%%%%2./T.K-:7:</4L.<7:A;1M4A<N8C%%%%%:P%1?",EF";.%"+/-+2#=+4/*"B%JJ%QR8%9%%%%%%%%D;7.-K-:7:</4L.<7:A;1M4A<N8C%%%%%%%%%%""!+))()8!&1)+$0!0(+-*9&!+2%-&%%%%%%%7,-./02:*7X/<7&;0.=YZ,+,-./0%J%'\22C%%""!#+!4(*&%*.+8!&)7%*:!*+2&!&1)+$0%%%%%[%%%%%.4*.%%9%%%%%%%K#\'+FL+($+C%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%""!-&$)&!&%,%*:!5(:!%%%%%%!*""G-+2#=&H.$.+,"BC%%%%%%%%%%%%%%%%%%""!-.-/+*0!--!'()!1%:1;/+)%(0%%%%%%%""!--!#$<+-!./8!-&(/!4(.*&+)!=!-.-/+*0!45%+*&!&1)+$0!%%%%%%K#\'+FD'!C%%%%%%%7:6.-2A@X4A@&;0.=]]Y%J%I11FF:;7GHI81<AE;7F*88C%%%%%%%7:6.-2A@X4A@&;0.=]]Y%J%I11FF:;7GHI81<AE;7F.88C%%%%%%%:P%1!E,G"4/;.%"+/-+2#=+4/*"B%JJ%QR8%%9%%%%%%%%%D;7.-K-:7:</4L.<7:A;1M4A<N8C%%%%%%%%%%""!&1)+$0!0(+-*9&!+2%-&!$*7,()+%%%%%%%%%7,-./02:*7X/<7&;0.=YZ,+,-./0%J%'\22C%%%%%%%%%2./T.K-:7:</4L.<7:A;1M4A<N8C%!!!!!!!!""!&1)+$0!.-+0!1%-!1%:1!/1$-+!&%,+!8!-(!#+!5+$3+!!

!!!!!!!!""!&1+!5(#!/1$-+!&%,+!&(!&1+!)+-&!('!&1+!-7-&+,!!!!!!!

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

5)678&!"#9":!;*<&8%2!=840!-.//!)0%1&0&'232)4'!


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101Scheduling Server — Analyse

Interessante Probleme:

• Wie stabil ist die Leistung, die einer Echtzeit-Task zur Verfugung

steht?

• Wie hoch ist der Overhead des Scheduling Servers?

• Welchen Einfluß haben Non-RT-Lasten im Hintergrund?

• Welchen Einfluß haben I/O-Prozesse?

Messung der Rechenleistung: Linpack / SciMark


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101 Metriken

• Gesamtleistung G, kontrollierte Leistung Li, unkontrollierte Leistung

Le

• Programm wird unter Kontrolle mit Anteil p der CPU ausgefuhrt,

ohne Overhead gilt Li = pG und Le = (1 − p)G

• Interner Overhead fur die kontrollierte Applikation: Oi = 1 − LipG

• Externer Overhead fur die unkontrollierten Applikationen: Oe = 1 −Le

(1−p)G

• Negativer Overhead bedeutet Uberbuchung


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101Scheduling Server — Overhead

System: NeXTStep 3.3cl

ient

task

’s p

erfo

rman

ce (M

FLO

PS

)

rem

aini

ng s

yste

m’s

per

form

ance

(MFL

OP

S)

remaining system’s performance


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101

Scheduling Server — Stabilitat ohneLast

System: NeXTStep 3.3


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101Scheduling Server — Stabilitat mit Last

System: NeXTStep 3.3M

FLO

PS


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101

Scheduling Server — Stabilitat mitI/O-Last

System: NeXTStep 3.3

MFL

OP

S


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101Scheduling Server — Stabilitat

System: rtLinux 0.x

com

putin

g po

wer


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101Scheduling Server — Stabilitat

System: SunOS 2.5

!"#$%&'$()*! +,!

"#$#$! %&'()'*+!

!"#$ %&'#$ (#)*+),&-.#$ +*$ /"#$ %#-.",&)0$ +-$ &-$ 1-2+&3#3$ ,&."4-#$ &5#)&6#'$ 7897:;$

<.4=&)0'>$!"#$*+22+?4-6$/&%2#$'"+?'$/"#$.&2.12&/#3$+5#)"#&3$5&21#'@$

$

,-.!/(*01234!

241'(4*5!6'(/3(7*40'!

('*5!,-.!/(*01234!

841'(4*5!3&'()'*+!

'91'(4*5!6'(/3(7*40'

('*5!,-.!/(*01234!

'91'(4*5!3&'()'*+!

-./0 ,12,-0 -31+430/ 5.13+3 -2142- 67128-0/0 .1--,

8./0 4162-0 8+12,+0/ 5.18+8 -314-4 6.17+40/0 .1--,

,./0 616,80 ,,18-30/ 5.1-.6 -+1374 3,1-820/0 .1.72

+./0 714740 +-18-20/ 5.1.,. -81,63 4,1-330/0 .1--+

4./0 --133.0 4.1.7-0/ 5.1..8 -.166, +318660/0 .1.6+

3./0 -,13-30 421+7,0/ .1.84 212.4 ,6128,0/0 .1.4+

6./0 -4143-0 3312+60/ .1.+4 61.66 ,.1+.80/0 5.1.-,

2./0 -614++0 641,330/ .1.42 41+.3 8,18880/0 5.1-3-

7./0 -71,+20 2,1--30/ .1.63 ,1+36 -+12780/0 5.1+27

!:*;5'!"#<=!%&'()'*+!3/!1)'!>%>>!

!"#$34&6)&,$4221'/)&/#'$/"#$,#&'1)#3$5&21#'@$

$

.

4

-.

-4

8.

84

-.0907. 8.0902. ,.0906. +.0903. 4.0904. 3.090+. 6.090,. 2.0908. 7.090-.

)2?)!6)*@'!A!53B!6)*@'

>02C*(D@!/3(!1)'!*66520*1234!

E4+'(!@3@@!0341(35

.

4

-.

-4

8.

84

@E7!3/!>02C*(D@!/3(!1)'!

53*+!*66520*1234@

:;()%;<<$=0

>##<&:>)&;(

<;>=0

>##<&:>)&;(*

$!

F2?E('!"#G=!>02C*(D!;'40)7*(D!E4+'(!>%>>!0341(35!

!"#$2#*/$&A4'$)#*#)'$/+$/"#$2+?#)$6)&("$&-3$'"+?'$/"#$,#&'1)#3$)#'12/'$+*$/"#$.+-/)+22#3$

&((24.&/4+->$ !"#$ )46"/$ &A4'$ )#*#)'$ /+$ /"#$ 1((#)$ 6)&("$ &-3$ 34'(2&B'$ /"#$ '1,,&)4C#3$

%#-.",&)0$ )#'12/'$ +*$ /"#$ 2+&3$ &((24.&/4+-'>$ !"#$ '(&.#$ %#/?##-$ /"#$ 6)&("'$ .&-$ %#$

4-/#)()#/#3$&'$/"#$&%'+21/#$+5#)"#&3>$$


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101

Anwendung auf eineMultimedia-Anwendung I

• Multimedia-Anwendungen haben weiche Echtzeit-Anforderungen

• Verletzung dieser Anforderungen fuhrt zu verminderter oder inakzep-

tabler Qualitat

• Beispiel: MPEG-Player

– auf unbelastetem System benutzbar

– Belastung des Systems fuhrt zu reduzierter verfugbarer Rechenleis-

tung: unakzeptables Resultat

– Scheduling Server sorgt fur garantierte Rechenzeit fur MPEG-Player

• Problem: Window-Server wird benutzt (Systemdienst)


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101

Anwendung auf eineMultimedia-Anwendung II

0 processes 5 processes 10 processes

t in ms

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

MPEG-playeraverage frame distance with increasing load

no Scheduling Server 10/30 high/low prio phase


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101Scheduling Server — Erfahrungen

• Alle Teile einer zeitkritischen Anwendung mussen unter Kontrolle des

Scheduling Servers laufen

• Benutzung von Systemdiensten vermeiden, die auch von anderen

Prozessen benutzt werden

• Synchronisation in einer Applikation muß mit Scheduling Server ab-

gestimmt werden

• Parameter des Scheduling Servers (Scheduling-Periode und High/Low-

Verhaltnis) bestimmen Vorhersagbarkeit sehr und mussen an Applika-

tion angepaßt werden


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101 Streaming

• Kontinuierliche Ubertragung von Datenstromen

• Verschiedene Klassen: Stored audio/video, live audio/video, interacti-

ve audio/video

• Streaming vs. progressives Herunterladen

• Verwendung von UDP-basierten Soft-RT Protokollen (keine automa-

tische Flusskontrolle)

• Herausforderungen: Variierende Datenrate, Verzogerungen, Paketver-

lust


00101

1110100100111010010101011000

101111

0100100111010010101011000101

11101001001110100101010110

00101111010010011101001010

10110

00101111

010010011101001010101100010111101001001110100

101010110 0010111101001001110100

10101011000101111010010011101001010101Streaming Protokolle

• Real-Time Transport Protocol (RTP) - Sequenznummern, Time-

stamps, keine Garantien

• Real-Time Control Protocol (RTCP) - Regelmassiger Austausch von

Statistiken (Anzahl gesendeter Pakete, Paketverlust, Jitter, ...)

• Real-time Streaming Protocol (RTSP) - Session-Verwaltung fur

Video-Streaming, verwendet RTP

• Session Description Protocol (SDP) - Beschreibt Initialisierungspara-

meter (Codec, Datenrate, Dauer, ...), von RTSP verwendet


Documents

Weiche Echtzeit - informatik.hu-berlin.de · LynxOS 3.0 Windows NT Voraussetzungen: Fixed Priority Scheduling, M oglichkeit, Scheduling-Politiken umzuschalten, M oglichkeit, Priorit