QNX Neutrino RTOS
- 1. QNX RTOS Lucas Casagrande e Daniel Carlos
- 2. APRESENTAÇÃO Introdução ao QNX. Gerenciamento de Processos. Gerenciamento de Memória. Gerenciamento de I/O. Sistemas de Arquivos. Conclusões.
- 3. Tempo Real Multitarefa Destinado a Sistemas Embarcados Arquitetura Microkernel Multiusuário Baseado no UNIX QNX... *Introdução ao QNX
- 4. QNX... Começou do trabalho de dois universitários da Universidade de Waterloo. Lançada Primeira Versão em 1982. Primeira utilização foi no sistema de educação da Universidade de Ontario. Lançado o QNX4 para atender as normas do POSIX no final da década de 1980. Em 1990 começou o desenvolvimento do QNX Neutrino. Em 2004 a companhia foi comprada pela Harman International Industries. Em 2010 foi comprada pelo Research In Motion da BlackBerry. Lançado o BlackBerry Tablet OS e o BlackBerry Playbook baseados no kernel do QNX. *Introdução ao QNX
- 5. QNX *Introdução ao QNX Atualmente QNX Neutrino RTOS QNX OS for Automotive Safety QNX OS for Medical QNX OS for Security QNX OS for Safety
- 7. *Introdução ao QNX Porque QNX é tão utilizado? Verdadeiro Design de Microkernel. Provê apenas as funcionalidades mínimas. Permite a substituição de drivers, implementação de sistemas de arquivos, adição de módulos sem a necessidade de uma reinicialização. Em causa de falhas o sistema não é todo comprometido. Simplicidade. Fácil de dar manutenção e customizar.
- 8. Comparação entre arquiteturas REAL TIME EXECUTIVE Advantage: single address space Disadvantage: single address space, different binary images Failure: means reboot MONOLITHIC KERNEL Advantage: apps run in own memory space Disadvantage: kernel not protected, kernel testing Failure: might mean reboot TRUE MICROKERNEL Advantage Modules run in own memory space Add/replace services on the fly Reusable modules Direct hardware access Disadvantage: context switching Failure: usually does not mean reboot *Introdução ao QNX
- 9. Arquitetura do QNX Neutrino RTOS *Introdução ao QNX
- 10. No QNX, a maioria dos serviços de tempo real são implementadas no kernel. Semáforos e mutexes se encontram em nível de kernel. Serviços em que o kernel é dedicado: − Serviços de thread. − Serviços de sinais. − Serviços de troca de mensagens na comunicação entre processos. − Serviços de sincronização de threads. − Serviços de escalonamento. − Serviços de tempo. − Serviços de gerenciamento de processos. Gerenciamento de Processos
- 11. Por dentro do QNX *Gerenciamento de Processos No gerenciamento de processos tem-se duas funções principais: − Comunicação entre Processos − Escalonamento
- 12. *Gerenciamento de Processos Comunicação entre Processos ►Gerenciado pelo IPC (Interprocess Communication). ►Responsável por interligar todo o SO. ►Entre as principais formas de IPC, tem-se: → Oferecem uma comunicação síncrona entre os processos. → Principal forma de comunicação. → Utiliza funções da linguagem C. → Importante por garantir maior desempenho na execução das threads. → Forma de mensagem não bloqueante. → Adequada para notificação de eventos. → Forma tradicional de comunicação. → Utilizado para suportar comunicação assíncrona. - Troca de Mensagens - Proxies - Sinais
- 13. *Gerenciamento de Processos Comunicação entre Processos Exemplos Mensagem Proxies
- 14. *Gerenciamento de Processos Politicas de Escalonamento ►O QNX Implementa três tipos: − FIFO − ROUND ROBIN − SPORADIC → First In First Out Preemptivo. → Processo fica na CPU até: − Terminar sua execução. − Ficar bloqueado. − Processo de maior prioridade esteja pronto. → Round Robin Preemptivo. → Processo fica na CPU até: − Terminar sua execução. − Ficar bloqueado. − Processo de maior prioridade esteja pronto. − Expire o tempo de execução.
- 15. *Gerenciamento de Processos Politicas de Escalonamento → Utilizado para fornecer um limite nivelado de tempo de execução, dentro um periodo determinado. → Permite que uma thread atenda a eventos não periódicos sem prejudicar o deadline de outras threads. → Emprega um “saldo” para a execução de uma thread SPORADIC SCHEDULER R: Saldo consumido durante a execução. C: Saldo estimado para execução. T: Tempo para o saldo ser reabastecido.
- 16. *Gerenciamento de Processos Níveis de Prioridade Níveis de Prioridade no QNX ► Os níveis de prioridade do QNX, podem variar em um total de 256 níveis de prioridade. ► Threads sem privilégios podem definir sua prioridade a um nível de 1 a 63, independente da política de escalonamento utilizada. ► Contudo, é possível alterar esta restrição para threads sem privilégios, tendo-se as devidas precauções.
- 17. A unidade de gerenciamento de memória no QNX é conhecida como MMU. A MMU é responsável por: − Fornecer proteção completa a memória. − Abortar um processo no instante que a memória é violada. − Assegurar que as falhas fiquem confinados aos programas que a causaram. − Isolar os processos entre si e entre os processos do kernel. − Dividir a memória física em paginas geralmente de 4Kb. Gerenciamento de Memória
- 18. Memória Virtual Mapeamento da memória virtual *Gerenciamento de Memória ► A MMU começa por dividindo a memória física em paginas de 4kb. ► Então o processador usa um conjunto de tabelas de páginas que definem o mapeamento de endereços virtuais para acessar a memória física ► Enquanto a thread executa, as tabelas de paginas controladas pelo SO controla como os endereços de memória que estão sendo usados, são mapeados para a memória física. ► Se uma thread tenta acessar um endereço não mapeado para ele, a CPU irá receber um erro em um tipo especial de interrupção.
- 19. Watchdog *Gerenciamento de Memória ► QNX Implementa um software de Watchdog. ► Detecta se uma thread parou de funcionar e toma as devidas providencias. ► Ao contrario do hardware de Watchdog, permite a recuperação do sistema sem a reinicialização. ► Quando ocorre uma falha, o software de Watchdog pode: − Abortar o processo que falhou e simplesmente reiniciar o processo sem comprometer todo o sistema. − Abortar o processo que falhou e todos os outros relacionados, inicializar o hardware em um estado seguro e depois reiniciar todos os processos novamente. − Em casos estremos, se a falha é muito crítica, ele desliga coordenamente o sistema e faz soar um alarme sonoro.
- 22. No QNX, os recursos de I/O não são implementados no microkernel. São fornecidos por processos do gerenciador de recursos que podem ser iniciados dinamicamente em tempo de execução. O gerenciador de recursos é um programa a nível de usuário que pode ser explicado como uma interface para vários tipos de dispositivos. Gerenciamento de I/O A sua utilização é opcional.
- 23. IO-CHAR Library *Gerenciamento de I/O IO-Char implementado como uma biblioteca ► O qnx fornece uma família de drivers e uma biblioteca chamada de io-char para maximizar o reuso de código. ► O módulo io-char contém todo o código para suportar os padrões da POSIX e tudo que é desejável em sistemas de tempo real. ► Com um único módulo, o custo de memória em adicionar novos dispositivos é mínimo, sendo somente necessário implementar um novo driver. *Lembrando que drivers no QNX são processos de usuário e possuem as mesmas prioridades que tais.
- 24. IO-CHAR Library *Gerenciamento de I/O Exemplo ► O fluxo de dados entre a biblioteca e os drivers, ocorrem através de um conjunto de filas na memória associadas a cada dispositivo de I/O. ► Um número de três filas são utilizadas em cada dispositivo, e cada fila é implementada utilizado a politica FIFO. ► Os dados recebidos são colocados na fila de input e é consumido pela biblioteca somente quando os processos das aplicações solicitarem ► Os dados de saída são colocados pelo io-char na fila de saída para serem processados pelos drivers. ► A fila canonical é utilizada enquanto estiver sendo processado dados de entrada em modo de edição Dispositivos I/O no QNX Neutrino RTOS.
- 25. Assim como nos dispositivos de I/O, os sistemas de arquivos são executados como processos ao nível de usuário. Se comunicam com as aplicações através de mensagens geradas por uma biblioteca compartilhada implementada na API. Muitos dos sistemas de arquivos são gerenciadores de recursos, onde ele acaba por se tornar uma interface para as aplicações gravarem informações no disco Sistemas de Arquivos O responsável por manter os caminhos (arvore) do pathname é o procnto (unidade que compõem o kernel e o gerenciador de processos).
- 26. Tipos de Sistemas de Arquivos *Sistemas de Arquivos
- 27. Conclusões...