Flexible Real-Time Linux a New Environment for Flexible Hard Real-Time Systems

Abstract

[ES] La presente tesis propone un nuevo entorno general para la construcción de sistemas flexibles de tiempo real estricto, esto es, sistemas que necesitan de garantías de tiempo real estricto y de un comportamiento flexible. El entorno propuesto es capaz de integrar tareas con varios niveles de criticidad y diferentes paradigmas de planificación en el mismo sistema. Como resultado, el entorno permite proporcionar garantías de tiempo real estricto a las tareas críticas y además conseguir una planificación adaptativa e inteligente de las tareas menos críticas. El entorno se define en términos de un modelo de tareas, una arquitectura software y un conjunto de servicios. El modelo de tareas propone construir una aplicación flexible de tiempo real estricto como un conjunto de tareas, donde cada tarea se estructura en una secuencia de componentes obligatorios y opcionales. La arquitectura software propone separar la ejecución de las tareas en dos niveles de planificación interrelacionados, de manera que un nivel planifica los componentes obligatorios mediante una política de planificación de tiempo real estricto mientras que el otro nivel planifica los componentes opcionales mediante una política de planificación basada en la utilidad. El conjunto de servicios incluye, por una parte, un sistema de comunicación entre los componentes de las tareas (tanto obligatorios como opcionales) y, por otra, una serie de mecanismos para la detección y tratamiento de excepciones temporales producidas en ejecución.

Por otra parte, la presente tesis muestra que el entorno teórico propuesto puede ser implementado realmente. En concreto, se presenta el diseño e implementación de un sistema de ejecución (es decir, un núcleo de sistema operativo) capaz de soportar las características de dicho entorno. Este sistema, denominado Flexible Real-Time Linux (FRTL), ha sido desarrollado a partir de un núcleo mínimo existente denominado Real-Time Linux (RT-Linux).

Finalmente, esta tesis presenta una caracterización temporal completa del sistema FRTL y medidas reales de su sobrecarga. La caracterización temporal ha permitido el desarrollo de un test de garantía completo de todo el sistema (incluyendo la aplicación y el núcleo de FRTL), que puede ser utilizado para verificar las restricciones temporales de cualquier aplicación implementada sobre FRTL. Por su parte, las medidas de la sobrecarga de FRTL muestran que este núcleo ha sido diseñado e implementado de manera eficiente. En conjunto, se demuestra que el núcleo FRTL es a la vez predecible y eficiente, dos características que informan de su utilidad en la implementación real de aplicaciones flexibles de tiempo real estricto.

[CA] Aquesta tesi proposa un nou entorn general per a la construcció de sistemes flexibles de temps real estricte, això és, sistemes que requereixen garanties de temps real estricte i un comportament flexible. L'entorn proposat és capaç d'integrar tasques amb diferentsnivells de criticitat i diferents paradigmes de planificació al mateix sistema. Com a resultat, l'entorn permet proporcionar garanties detemps real estricte a les tasques crítiques i a més aconseguir una planificació adaptativa i intel¿ligent de les tasques menys crítiques. L'entorn es defineix en termes d'un model de tasques, una arquitectura software i un conjunt de serveis. El model de tasques proposa la construcció d'una aplicació flexible de temps real estricte com a un conjunt de tasques on cadascuna és estructurada com una seqüència de components obligatòries i opcionals. L'arquitectura software proposa la separació de l'execució de les tasques en dos nivells de planificació interrelacionats, de manera que un nivel planifica les components obligatòries mitjançant una política de planificació de temps real estricte mentre que l'altre nivell planifica les components opcionals mitjançant una política de planificació basada en la utilitat. El conjunt de serveis inclou, per una part, un sistema de comunicació entre les components de les tasques (tant obligatòries com opcionals) i, per una altra, una sèrie de mecanismes per a la detecció i tractament d'excepcions temporals produïdes en execució.

Per altra banda, la present tesi mostra que el proposat entorn teòric pot ésser implementat realment. En concret, es presenta el diseny i la implementació d'un sistema d'execució (es a dir, un nucli de sistema operatiu) capaç de suportar les característiques d'aquest entorn. Aquest sistema, anomenat Flexible Real-Time Linux (FRTL), ha sigut desenvolupat a partir d'un nucli mínim existent anomenat Real-Time Linux (RT-Linux).

Finalment, aquesta tesi presenta una caracterització temporal completa del sistema FRTL i mesures reals de la seua sobrecàrrega. La caracterització temporal ha permés el desenvolupament d'un test de garantia complet de tot el sistema (incloent l'aplicació i el nucli FRTL), que pot ésser utilitzat per a verificar les restriccions temporals de qualsevol aplicació implementada sobre FRTL. Per la seua part, les mesures de la sobrecàrrega de FRTL mostren que aquest nucli ha sigut disenyat i implementat de manera eficient. En conjunt, es demostra que el nucli FRTL és al mateix temps predible i eficient, dos característiques que informen de la seua utilitat a la implementació real d'aplicacions flexibles de temps real estricte.