Was bedeutet "Windows ist kein Echtzeitbetriebssystem"?

Wikipedia hat hier tatsächlich eine überraschende Fülle an Informationen.

Ein Echtzeitbetriebssystem (Echtzeitbetriebssystem, RTOS) ist ein Betriebssystem (OS), das Echtzeitanwendungsanforderungen bedienen soll.

Ein Schlüsselmerkmal eines Echtzeitbetriebssystems ist der Grad seiner Konsistenz hinsichtlich der Zeit, die es dauert, um die Aufgabe einer Anwendung anzunehmen und abzuschließen. Die Variabilität ist Jitter. Ein hartes Echtzeitbetriebssystem hat weniger Jitter als ein weiches Echtzeitbetriebssystem. Das Hauptziel des Designs ist nicht ein hoher Durchsatz, sondern eine Garantie für eine weiche oder harte Leistungskategorie. Ein Echtzeitbetriebssystem, das eine Frist normalerweise oder allgemein einhalten kann, ist ein weiches Echtzeitbetriebssystem, aber wenn es eine deterministische Frist einhalten kann, ist es ein hartes Echtzeitbetriebssystem.

Ein RTOS verfügt über einen erweiterten Algorithmus für die Planung. Die Scheduler-Flexibilität ermöglicht eine breitere Koordinierung der Prozessprioritäten auf dem Computersystem, ein Echtzeitbetriebssystem ist jedoch häufiger für einen engen Satz von Anwendungen vorgesehen. Schlüsselfaktoren in einem Echtzeitbetriebssystem sind eine minimale Interrupt-Latenz und eine minimale Thread-Switch-Latenz; Ein Echtzeitbetriebssystem wird eher für die Schnelligkeit oder die vorhersehbare Reaktion als für die Menge an Arbeit geschätzt, die es in einem bestimmten Zeitraum leisten kann.

Dies ist etwas, was nur wenige Betriebssysteme tatsächlich tun, weil es für viele Workloads einfach weniger effizient ist. Keines der wichtigsten Consumer-Betriebssysteme ist jetzt (oder war meines Wissens jemals) in Echtzeit. Leider bedeutet das manchmal, dass Dinge in einer Umgebung, die nicht in Echtzeit ist, auf andere Dinge warten müssen. Dies wird nur dann zu einem Problem, wenn etwas im Allgemeinen nicht in angemessener Zeit nachgibt.

Derzeit sind die bekanntesten und am weitesten verbreiteten Echtzeitbetriebssysteme:

LynxOS OSE QNX RTLinux VxWorks Windows CE 

In der Liste der Echtzeitbetriebssysteme finden Sie eine umfassende Liste.

Echtzeit-Betriebssysteme werden häufig für eingebettete Systeme verwendet, bei denen sie beispielsweise für die Steuerung oder Systemüberwachung verantwortlich sind. Das Wichtigste an einem Echtzeitsystem (und was unterscheidet es von einem Nicht-Echtzeitsystem) ist, dass in einem Echtzeitsystem eine verspätete Antwort falsch ist. Wie das funktioniert, können Sie leicht nachvollziehen, indem Sie eine Reihe von Zahlen in Excel zusammenfassen (bei verspäteter Operation gibt es keine wirklichen Auswirkungen), anstatt eine Bremse in einem Auto anzulegen (wo eine Verzögerung katastrophal sein könnte).

Grundsätzlich kann ein RTOS garantieren, dass es einen IRQ (Interrupt Request) in einem bestimmten (normalerweise niedrigen) Zeitrahmen bedienen kann. Standardbetriebssysteme bieten keine solche Garantie.

In den meisten modernen Systemen können die meisten Geräte einen IRQ erzeugen. Dadurch stoppt die CPU ihre Arbeit und führt ein Interrupt-Service-Programm aus. Die Idee ist, dass dieses Serviceprogramm alles tut, was das Gerät benötigt, dh es werden Daten vom Gerät in den RAM geladen, dem Gerät mitgeteilt, was als nächstes zu tun ist usw.

Da unter x86 nur eine IRQ-Leitung in der CPU vorhanden ist, werden beim Unterbrechen eines Interrupts automatisch weitere Interrupts deaktiviert (mit Ausnahme von NMI, RESET und SMI), bis die CPU die Interruptquelle bestätigt und sie wieder aktiviert. Gute Gerätetreiber unter Standard i386 / amd64 Windows werden in diesem Zustand nur minimale Verarbeitungsvorgänge ausführen, sodass Interrupts wieder aktiviert werden können und die vollständige Verarbeitung des Interrupts dann auf einen späteren Zeitpunkt verschoben werden kann (da das System technisch nur 1 Interrupt pro CPU verarbeiten kann Kern zu einer Zeit). Ich bin nicht sicher, aber ich glaube, dass Linux dasselbe tut. Trotzdem kann keine feste Garantie dafür gegeben werden, zu welcher Zeit der Interrupt gewartet wird.

Bei den meisten PC-Geräten (z. B. Festplatten, Tastaturen, NICs) kann es bei einer geringfügigen Verzögerung bei der Ausführung ihres IRQ zu nichts anderem als einem Leistungsverlust kommen. Dies kann ein größeres Problem für Geräte wie Audio- und Videoeingänge sein, bei denen das Gerät nichts puffert und der PC wirklich mit dem eingehenden Datenstrom mithalten muss.