Sistema de tiempo real

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Un sistema de tiempo real es un sistema informático que interacciona con su entorno físico y responde a los estímulos del entorno dentro de un plazo de tiempo determinado. No basta con que las acciones del sistema sean correctas, sino que, además, tienen que ejecutarse dentro de un intervalo de tiempo determinado.[1]

Existen sistemas de tiempo real crítico (tiempo real duro), en los que los plazos de respuesta deben respetarse siempre estrictamente y una sola respuesta tardía a un suceso externo puede tener consecuencias fatales; y sistemas de tiempo real acrítico (tiempo real suave), en los que se pueden tolerar retrasos ocasionales en la respuesta a un suceso.[1]

Un ejemplo que ilustra los puntos anteriores es el de un robot que necesita tomar una pieza de una banda sinfín. Si el robot llega tarde, la pieza ya no estará donde debía recogerla, por tanto, el trabajo se llevó a cabo incorrectamente, aunque el robot haya llegado al lugar adecuado. Si el robot llega antes de que la pieza llegue, la pieza aún no estará ahí y el robot puede bloquear su paso.

Características de los sistemas de tiempo real[editar]

Determinismo[editar]

El determinismo es una cualidad clave en los sistemas de tiempo real. Es la capacidad de determinar con una alta probabilidad, cuanto es el tiempo que se toma una tarea en iniciarse. Esto es importante porque los sistemas de tiempo real necesitan que ciertas tareas se ejecuten antes de que otras puedan iniciar.

Esta característica se refiere al tiempo que tarda el sistema antes de responder a una interrupción. Este dato es importante saberlo por que casi todas las peticiones de interrupción se generan por eventos externos al sistema (i.e. por una petición de servicio), así que es importante determinar el tiempo que tardara el sistema en aceptar esta petición de servicio.

Responsividad[editar]

La responsividad se enfoca en el tiempo que tarda una tarea en ejecutarse una vez que la interrupción ha sido atendida. Los aspectos a los que se enfoca son:

  • La cantidad de tiempo que se lleva el iniciar la ejecución de una interrupción
  • La cantidad de tiempo que se necesita para realizar la tarea que pidió la interrupción.
  • Los efectos de interrupciones anidadas.

Una vez que el resultado del cálculo de determinismo y responsividad es obtenido, se convierte en una característica del sistema y un requerimiento para las aplicaciones que correrán en él,(por ejemplo, si diseñamos una aplicación en un sistema en el cual el 95% de las tareas deben terminar en cierto período entonces es recomendable asegurarse que las tareas ejecutadas de nuestra aplicación no caigan en el 5% de bajo desempeño).

Usuarios controladores[editar]

En estos sistemas, el usuario (por ejemplo, los procesos que corren en el sistema) tienen un control mucho más amplio del sistema.

  • El proceso es capaz de especificar su prioridad
  • El proceso es capaz de especificar el manejo de memoria que requiere (que parte estará en caché y que parte en memoria swap y que algoritmos de memoria swap usar)
  • El proceso especifica que derechos tiene sobre el sistema.

Esto aunque parece anárquico no lo es, debido a que los sistemas de tiempo real usan tipos de procesos que ya incluyen estas características, y usualmente estos TIPOS de procesos son mencionados como requerimientos. Un ejemplo es el siguiente:

Los procesos de mantenimiento no deberán exceder el 3% de la capacidad del procesador, a menos que en el momento que sean ejecutados el sistema se encuentre en la ventana de tiempo de menor uso.

Confiabilidad[editar]

La confiabilidad en un sistema de tiempo real es otra característica clave. El sistema no debe solamente estar libre de fallas pero más aún, la calidad del servicio que presta no debe degradarse más allá de un límite determinado.

El sistema debe de seguir en funcionamiento a pesar de catástrofes, o fallas mecánicas. Usualmente una degradación en el servicio en un sistema de tiempo real lleva consecuencias catastróficas,

Operación a prueba de fallas duras (Fail hard operation)[editar]

El sistema debe de fallar de manera que: cuando ocurra una falla, el sistema preserve la mayor parte de los datos y capacidades del sistema en la mayor medida posible.

Que el sistema sea estable, es decir, que si para el sistema es imposible cumplir con todas las tareas sin exceder sus restricciones de tiempo, entonces el sistema cumplirá con las tareas más críticas y de más alta prioridad.

Análisis y diseño de sistemas en tiempo real[editar]

Las características especiales de los sistemas en tiempo real diferentes a los demás tipos de sistemas introducen en la definición del sistema una serie requerimientos no funcionales, que no se refieren directamente a las funciones específicas si no a propiedades emergentes como por ejemplo, requisitos de fiabilidad, eficiencia o implementación.[2] El diseño por análisis estructurado que emplea la descripción gráfica se enfoca en el desarrollo de especificaciones del programa que esta formado por módulos independientes desde el punto de vista funcional.

Computación en tiempo real[editar]

La computación en tiempo real (o informática en tiempo real) está relacionada con los sistemas de hardware y software que se ven limitados por problemas de tiempo. El software de tiempo real debe necesariamente tener la característica de un tiempo de respuesta crítico.

Por ejemplo, el software encargado de controlar un respirador artificial debe ser de tiempo real, ya que un retraso en su tiempo de respuesta no es aceptable. Algunos tipos de programas como los empleados para jugar al ajedrez sólo disponen del tiempo necesario para poder efectuar la siguiente jugada.

Se podría hacer una distinción, por ejemplo, un sistema de gestión del motor de un coche es un sistema en tiempo real activo porque una señal retrasada puede causar un daño o fallo en el motor. Otros ejemplos de sistemas integrados en tiempo real activos son los sistemas médicos como los marcadores de pasos artificiales y los controladores de procesos industriales.

Los sistemas de tiempo real pasivos se utilizan normalmente cuando hay un acceso compartido y se necesitan mantener actualizados un número de sistemas conectados con una situación cambiante. Un ejemplo serían los programas que mantienen y actualizan los planes de vuelo de las compañías aéreas comerciales. Estos programas pueden funcionar en cuestión de segundos.

No sería posible ofrecer vuelos comerciales modernos si estas operaciones no se pudieran realizar de manera fiable en tiempo real. Los sistemas de audio y video en directo también son sistemas en tiempo real pasivos típicos ya que si se sobrepasan los límites de tiempo lo único que puede pasar es que se empeore la calidad pero el sistema continua trabajando.

Las necesidades de los programas de tiempo real se pueden solucionar con sistemas operativos en tiempo real, que ofrecen un marco sobre el que construir aplicaciones de programas en tiempo real.

Sistemas operativos de tiempo real[editar]

Un sistema operativo de tiempo real (SOTR o RTOS -Real Time Operating System en inglés) es un sistema operativo que ha sido desarrollado para aplicaciones de tiempo real. Como tal, se le exige corrección en sus respuestas bajo ciertas restricciones de tiempo. Si no las respeta, se dirá que el sistema ha fallado. Para garantizar el comportamiento correcto en el tiempo requerido se necesita que el sistema sea predecible (determinista).

Véase también[editar]

Referencias[editar]

  1. a b Villarroel Salcedo, José Luis. Sistemas de Tiempo Real. http://webdiis.unizar.es/~joseluis/STR.pdf. 
  2. Sommerville, Ian (2005). «6.1.2 Requerimientos no funcionales». Ingeniería del software, Séptima edición. Pearson Educación. p. 111 |página= y |páginas= redundantes (ayuda). ISBN 84-7829-074-5. 

Enlaces externos[editar]