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Sistema de Tempo Real (Conceitos envolvidos (Linguagens de programação,…

- - - - Os maiores problemas encontrados num Sistema tolerante a falhas são prevenção, isto é, evitar falhas, detecção, avaliação de falhas, recuperação e correção de falhas.
      - Erros podem ser descobertas por ferramentas convencionais de depuração
      - a Detecção de erros envolve a avaliação de algumas condições Booleanas em tempo ou local apropriado
      - Recuperação e correção de erros
        possui 2 métodos
        
        Recuperação de falhas por avanço (fowar)
        
        um futuro estado consistente é determinado, o Sistema é forçado ou colocado nesse estado e a execução é retomada desse ponto
        
        Recuperação por retrocesso (backward)
        
        Os estados do Sistema são armazenados ou “checados” em determinados pontos em intervalos freqüentes; ocorrendo um erro, o estado é “trazido de volta”, ao ponto de checagem mais recente
        
        Ações humanas podem ser necessárias
      - Processamento de transições são criadas para trabalhar problemas, envolvendo:
        
        Controle de concorrência
        
        Atomicidade
        
        Capacidade de serialização
        
        Consistência
  - - - Descrevem funcionalidades
      - Deve definir quais são as entidades de Tempo Real
      - Deve definir quais são os eventos que devem ser controlados
      - definir e limitar os intervalos de tempos
    - - Dinâmica do processo físico que o Sistema pretende controlar
      - Frequência e À dinâmica com que os eventos ocorrem
        
        devem realizar restrições quanto a:
        
        Atrasos na detecção dos eventos
        
        Atrasos no processamento
        
        Atrasos na resposta dos eventos
    - - Usados para definir a confiabilidade do sistema
      - Ressaltar aspectos de disponibilidade e mantenabilidade
  - - - Acesso e controle de tempo
      - Controle de concorrência
      - Tratamento de exceções
    - - Java na extensão para tempo real
        
        Permite programação concorrente criando vários threads
        
        Threads permitem criar várias linhas de execução paralela e concorrente
      - Real time euclid
        
        Linguagem de pesquisa projetada para previsibilidade
        
        Facilidade na integração de componentes do sistema
      - Esterel
        
        Uso na programação "reativa" de uma aplicação
        
        Linguagem baseada em estados
      - CSP
- - - - Composto por unidades de processamento iguais
    - - Composto por vários computadores diferentes
  - - - caso um node falhe, os demais nodes podem continuar o processamento sem problema
    - - deve possuir um bom mecanismo de balanceamento de carga
  - - - um node é definido como mestre e os demais nodes são definidos como escravos
      - Após receber os dados processados, o node mestre envia mais dados para os escravos processarem.
      - é muito eficiente quando a granularidade da computação é grossa, isto é, cada computador realiza uma quantidade grande de computação
      - Se a granularidade da computação é fina, isto é, a computação que cada computador irá realizar é pequena, este modelo já não é tão eficiente
      - este modelo funciona perfeitamente quando as tarefas são independentes
      - quando as tarefas ocorrem de forma inesperada.
    - - Os próprios nodes são responsáveis por pegar, selecionar
        a tarefa que eles irão processar
      - o processamento só termina quando todas as tarefas tiverem sido processadas.
    - - as unidades de processamento são responsáveis
        por processar uma fração da tarefa
  - - - vários computadores conectados por uma rede física
      - possui uma unidade central que se apresenta para o usuário como sendo “um único computador”
      - objetivo principal de um Cluster é distribuir o processamento da aplicação
      - O Cluster ocorre por uma rede física
    - - aglomerado de computadores que se apresenta para o usuário como um único computador
      - os computadores são conectados por uma rede internet e não mais por uma rede física
      - possui o mesmo objetivo de um Cluster, isto é, distribuir o processamento da aplicação
  - - - • MPI_Init();
      - • MPI_Finalize();
      - • Send();
      - • Recv();
      - • Isend();
      - • Irecv();
      - • Bcast();
      - • Scatter();
      - • Gather()
- - - - Falha ocorre e logo em seguida é tomada ação corretiva
    - - Mesma ação é executada por vários recursos replicados
      - Ação é continuada por outro recurso
- - - - alocação de recursos às tarefas como um todo
  - - - se o mesmo começar a executar uma tarefa e logo depois houver uma substituição de tarefas
    - - Quando uma tarefa é escalonada para ser executada em um recurso de processamento e esta tarefa tem o direito de terminar todas as ações que ela precisa fazer
  - - - tempo que decorre entre o instante em que a tarefa é submetida para o recurso e o instante em que ela é concluída
    - - tempo que decorre entre a submissão de um pedido (evento) e o início da resposta
    - - tempo no qual um determinado resultado de computação deve estar disponível, isto é, o prazo de tempo em que um evento deve ocorrer.
    - - garante um tratamento diferenciado por parte do escalonador em relação às outras tarefas
  - - - não são consideradas as alterações do estado atual da aplicação
    - - detecta alterações no estado atual da aplicação e gerencia os recursos com base nas informações atuais da aplicação
      - Mais comuns:
        
        • FIFO;
        
        as tarefas são colocadas em uma fila ordenada por ordem de chegada
        
        fácil e simples para implementar.
        
        • HPF;
        
        também chamado de escalonamento por prioridades
        
        favorece as tarefas consideradas mais importantes
        
        • SJF;
        
        escalonamento é realizado em função do tempo de execução das tarefas
        
        As tarefas com menores tempos de execução são colocadas na frente da fila
        
        é usado essencialmente para escalonamento a longo prazo
        
        • HRN;
        
        balanceamento entre a duração da tarefa e seu tempo de espera, de forma a compensar a espera excessiva de tarefas de maior duração
        
        cada tarefa é associada com uma prioridade
        
        pode ser preemptivo ou não preemptivo
        
        A prioridade é representada por um número inteiro positivo
        
        • RR.
        
        é uma política de escalonamento simples e elegante
        
        Este algoritmo atribui uma fração de tempo para cada tarefa em partes iguais
  - - - consiste em atribuir as tarefas aos recursos em tempo de compilação. Desta forma, antes de o processamento começar cada recurso de processamento já sabe quais tarefas terá que processar.
    - - as tarefas são atribuídas para os recursos em tempo de processamento. Assim, o recurso somente sabe quais as tarefas que terá que processar na hora da execução
      - Alguns dos AED são:
        
        Self-scheduling
        
        usado principalmente para lidar com o balanceamento de cargas
        
        o processador ocioso busca a próxima tarefa ou um bloco de tarefas de tamanho definido pelo usuário em um pool de tarefas compartilhadas
        
        Guided
        
        a atribuição de tarefas é realizada em blocos dinamicamente
        
        implementa um balanceamento de carga implicitamente
- - - - consiste em desabilitar todas as suas interrupções de processamento,
    - - o processo que deseja utilizar uma região crítica atribui um valor
        a uma variável chamada bloqueio. Se a variável está com valor 0 (zero), significa que nenhum processo está na região crítica. Se a variável está com valor 1 (um), significa que existe um processo na região crítica
    - - Considere o processo A e o processo B. A ideia desta solução consiste no seguinte: enquanto um processo A está acessando uma região crítica, o processo B está realizando computações que não têm nada a ver com a região crítica em questão
      - Esta solução só funciona quando a computação da região não crítica de ambos os processos é externamente grande. Se for pequena, não terá uma sincronização entre ambos os recursos
    - - combina uma variável de bloqueio com a solução de turnos.
      - Neste algoritmo, antes de utilizar as variáveis compartilhadas, isto é, antes de os processos entrarem na região crítica, cada processo chama a função enter_region()
        com o seu próprio número de processo
      - Agora considere o caso em que os dois processos chamam enter_region() quase simultaneamente. Ambos armazenaram o seu número de processo em turn
    - - Para resolver o problema do produtor e
        consumidor de vez, são utilizados
        três semáforos:
        
        • full;
        
        O full para contar o número de entradas que estão ocupadas
        
        • empty;
        
        o empty para contar o número de entradas que estão livres
        
        • mutex
        
        o mutex para assegurar que o produtor e o consumidor não acessem o buffer ao mesmo tempo
    - - é a espera de um evento que nunca ocorrerá
      - Condições para ocorrer o deadlock:
        
        • cada recurso só pode estar alocado a um único processo (exclusão mútua);
        
        • um processo espera por outros recursos, além dos já alocados;
        
        • um recurso não pode ser liberado só porque outros querem;
        
        • um processo espera pelo outro (espera circular).
      - Para evitar deadlock:
        
        Retirar a exclusão mútua: problemas de sincronismo.
        
        Requisitar os recursos antes de utilizá-los. Grande tempo de uso dos recursos. Possibilidade de ocorrer starvation (espera de recursos). Dificuldade em determinar os recursos antes de utilizá-los.
        
        Retirar o recurso de um processo pode acarretar perda de todo o processamento já realizado. Também pode ocorrer starvation.
        
        Evitar a referência circular. Forçar o uso de apenas um recurso por vez; se precisar de outro, deve liberar o primeiro.
  - - - os recursos estão no mesmo ponto de processamento quando a comunicação é realizada
    - - os recursos estão em pontos de processamento diferentes na comunicação
- - - - Perda de prazo é tolerada
      - Sem consequências severas
      - Também chamado de "sistema de tempo real moderado"
      - falhas são aceitáveis
      - Processa grande volume de dados
    - - Preda de prazo é "fatal"
      - Subdivididos em:
        
        Seguro caso de falha (fail safe)
        
        Consegue atingir um ou mais estados seguros
        
        Operacional em caso de falhas (fail operational)
        
        O sistema pode degradar e fornecer algum serviço mínimo
      - São inflexíveis com prazo
      - Não há perda de prazo
  - - - Suporta a carga de trabalho
      - Todos os cenários de falhas são definidos
    - - Possuem estratégias de alocação dinâmica de recursos
      - Carga de trabalho esperada
      - Falhas são aceitáveis
- - - - Críticos
        
        Não pode haver perda de prazo
        
        NOedecem ao intervalo de tempo para a realização da tarefa
        
        Também subclassificado em:
        
        Seguro em caso de falha
        
        caso ocorram falhas, o SO consegue atingir um ou mais estados seguros
        
        Operacional em caso de falha
        
        significa que, se ocorrerem falhas, o SO se degrada e consegue fornecer um tipo de serviço mínimo
      - Não críticos
        
        tempo também é o fator mais importante; todavia, se ocorrerem falhas, elas são aceitáveis
    - - Hard real-time
        
        SO deve respeitar todos os prazos de forma absoluta
      - Soft real-time
        
        se o SO perder algum prazo final, ocasionalmente, é tolerável
      - Real real-time
        
        são SOs Hard Real-Time que possuem prazos de respostas extremamente curtos
      - Firm real-time
        
        os Soft Real-Time que não possuem benefícios de entrega de serviço sem atraso
    - - Processos
        
        É um programa em execução
        
        Possui 3 estados
        
        Executando
        
        Pronto
        
        Bloqueado
      - Escalonamentpo
        
        A função de escalonamento é chamada de agendador ou escalonador
        
        Processo fica em estado de pronto, ele é colocado em fila de Processos, esperando a sua vez de ser escalonado
        
        Os algoritmos de escalonamento são classificados em:
        
        Algoritmo de escalonamento estático
        
        não são consideradas as alterações do estado atual da aplicação
        
        tarefas são alocadas antes da execução da aplicação e a execução é feita em função do escalonamento estabelecido
        
        Algoritmo de escalonamento dinâmico
        
        detecta alterações no estado atual da aplicação e gerencia os recursos com base nas informações atuais da aplicação
        
        Sistemas de Tempo possuem uma política de escalonamento muito rígida
      - Threads
        
        Processos podem trabalhar em conjunto para realizar uma determinada tarefa.
        
        É necessário haver comunicação e sincronização
        
        Threads trabalham de forma cooperativa, assim como os Processos
        
        O armazenamento compartilhado pode estar na memória principal ou pode ser um arquivo compartilhado
        
        mecanismo de execução mútua, isto é, quando uma Thread estiver acessando a variável Cont., nenhuma outra Thread pode acessá-la
        
        É criada uma variável de bloqueio que controla quem está acessando compartilhado
      - Memória
        
        Para o SO de tempo real é muito importante gerenciar a memória do Sistema Computacional
        
        Os níveis de memória são:
        
        Registradores
        
        pequenos espaços de memórias presentes nos processadores. Sua velocidade é extremamente rápida
        
        Memória chache
        
        é uma memória de alta velocidade
        
        é nível de processador, isto é, uma memória dedicada a armazenar dados para o processador
        
        Memória principal
        
        também chamada de memória RAM,
        
        tem velocidade relativamente rápida
        
        Memória secundária
        
        é um meio permanente de armazenamento de programas e dados
      - Dispositivos de entrada e saída de daos
        
        são utilizados para permitir a comunicação entre o computador e o mundo exterior
        
        divididos em:
        
        Dispositivos que são utilizados
        como memória secundária
        
        possibilitam estender o meio físico de armazenamento de dados
        
        Dispositivos que servem para
        a interface homem-máquina
        
        possibilitam a entrada e saída de dados do computador para o
        ambiente externo
      - Arquivos
        
        possibilitam o armazenamento de informações
        
        Classificados em:
        
        Arquivos podem ser classificados em:
        
        Arquivos Executáveis;
        
        Arquivos Lógicos;
        
        Arquivos de Somente Leitura;
        
        Arquivos de Somente Escrita.
        
        permitir que as aplicações (Programas) criem e manipulem arquivos.
        
        É necessário que o SO de Tempo Real forneça mecanismos como o “System Calls de E/S"
        
        Deve fornecer comandos como:
        
        Create() – Responsável por criar arquivos;
        
        Open() – Responsável por abrir arquivos;
        
        Read() – Responsável por ler arquivos;
        
        Write() – Responsável por escrever arquivos;
        
        Close() – Responsável por fechar arquivos;
        
        Rename() – Responsável por renomear arquivos;
        
        Delete() – Responsável por deletar arquivos.
- - - - O eventos causadores de transição podem ser eventos de interface que são transmitidos do ambiente para o Sistema computacional
- - - - Se menor ou igual a 1 o sistema é agendável