Allgemeines

Ein Echtzeitbetriebssystem ist ein Betriebssystem, dass speziell für "Echtzeit"-Anwendungen entwickelt und verwendet wird. Der Schlüsselkriterium eines Echtzeitbetriebssystems (engl. RTOS für Real Time Operating System) ist die Einhaltung der Zeitbedingungen und die Vorhersagbarkeit des Prozessverhaltens.

Begriffe

Echtzeit

Abhängig von den Folgen wird manchmal zwischen harter Echtzeit (engl. hard real-time), weicher Echtzeit (engl. soft real-time) und fester Echtzeit unterschieden. Hierfür gelten jeweils unterschiedliche Echtzeitanforderungen.

Harte Echtzeitanforderungen: Eine Überschreitung der Antwortzeit wird als ein Fehler gewertet. Echtzeitsysteme (sollten) das korrekte Ergebnis immer innerhalb der vorgegebenen Zeitschranken liefern. Um diese Bedingungen einhalten zu können sind genaue Kenntnisse der Resourcenverteilung während des Betriebs schon in der Entwicklungsphase notwendig, um die entsprechenden Vorkehrungen zu treffen.

Weiche Echtzeitanforderungen: Solche Systeme arbeiten typischerweise alle ankommenden Eingaben schnell genug ab. Die Antwortzeit erreicht beispielsweise einen akzeptablen Mittelwert oder ein anderes statistisches Kriterium. Die Zeitanforderungen sind hier als Richtlinien zu sehen. Ein Überschreiten der Zeitanforderung muss nicht als Fehler gewertet werden. Zum einen kann die Zeit häufig überschritten werden, solange sie sich noch in einem Toleranzbereich befindet.

Feste Echtzeitanforderungen: Bei festen Echtzeitanforderungen droht kein unmittelbarer Schaden. Nach Ablauf der Zeitanforderungen ist das Ergebnis der Berechnung jedoch nutzlos und kann verworfen werden.

Die DIN-Norm 44300 definiert unter Echtzeitbetrieb (dort Realzeitbetrieb genannt) den Betrieb eines Rechnersystems, bei dem Programme zur Verarbeitung anfallender Daten ständig betriebsbereit sind, derart, dass die Verarbeitungsergebnisse innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne verfügbar sind. Diese Begriffsnorm hat sich in der Praxis als alleinig akzeptierte Definition nicht durchsetzen können, es dominieren die Begriffe aus dem englischen Sprachraum.

Prozess

Ein Prozess beschreibt ein für sich lauffähiges Programm (bei Desktopsystemen) oder vereinfacht einer Funktion. Einem Prozess wird durch den Prozesskontext beschrieben. Dieser wird vom Betriebssystem verwaltet und beinhaltet vom Prozess belegte Ressourcen (Speicher, usw.). Vom Betriebssystem zur Verfügung gestellte Ressourcen stehen ausschließlich diesem Prozess zur verfügung.

Der Prozesskontext beinhaltet meist auch, welchem Prozess dieser Prozess zugeordnet ist (sprich, welcher Prozess diesen Prozess gestartet hat). Durch diese Abhängigkeiten ergibt sich eine Prozesshierarchie.

Prozesszustände

Da ein Prozessor immer nur einen Prozess pro Zeiteinheit bearbeiten kann, werden verschiedene Prozesszustände verwendet, um die Bearbeitung zu ermöglichen:

• Erzeugt - Wurde vom Betriebssystem erzeugt, aber steht noch nicht zur Ausführung bereit
• Bereit - Besitzt alle Ressourcen und wartet auf die Zuteilung von Prozessorzeit
• Laufend - Wird aktuell durch den Prozessor bearbeitet
• Blockiert - Wartet auf die Zuteilung einer Ressource
• Beendet - Wurde beendet und Ressourcen können freigegeben werden

Die Transitionen A bis F werden wie folgt durchlaufen:

• A - Nachdem alle Ressourcen des Prozesses geladen wurden wird der Prozess in den Zustand Bereit versetzt
• B - Der Scheduler wählt den Prozess aus und dadurch wechselt er in den Zustand Laufend
• C - Je nach Scheduling Strategie ist entweder die vorgesehene Zeitscheibe ausgelaufen oder der Prozess hat von sich aus die Kontrolle zurückgegeben
• D - Der Prozess will auf eine Ressource zugreifen die entweder gerade nicht verfügbar oder vorbereitet werden muss
• E - Die Ressource steht nun zur Verfügung, dadurch wird der Prozess in den Zustand Bereit versetzt
• F - Der Prozess beendet sich

Nebenläufigkeit

Nebenläufigkeit (engl. concurrency) liegt vor, wenn mehrere Ereignisse in keiner kausalen Beziehung zueinander stehen, sich also nicht beeinflussen. Bei einem Betriebssystem will man diese Nebenläufigkeit für die Abarbeitung der Prozesse erreichen. Aus der Sicht eines Prozesses sollte es im Idealfall keinen Rolle spielen, ob es der einzige Prozess im System ist oder ob am System mehrere Prozesse laufen.