O documento resume a introdução ao sistema operacional embarcado QNX. Ele começou sendo desenvolvido por dois estudantes da Universidade de Waterloo em 1982 e atualmente é usado principalmente em sistemas embarcados críticos como automotivo e médico. O QNX é baseado em um microkernel que fornece alta confiabilidade através do isolamento de falhas e fácil manutenção.
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
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
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
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).
