オペレーティングシステムJ/K (実時間処理システム)

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1 オペレーティングシステムJ/K (実時間処理システム)
2005年11月24日

2 「LAME」から「午後のこ～だ」へ[酒居ら, 2002] 。
汎用プロセッサ向け。 ＩＡ－３２をターゲット。 並列処理。 データ並列演算。 マルチスレッド処理。 アプリケーションを考慮。 キャッシュ制御が必要。 ＳＭＰ向けのジョブ分割。 人手で最適化。 実用になってるプロセッサを評価、問題、解法、結果

3 ISO MPEG-1 Layer III Audioに準拠した圧縮処理
② (12%) ① (25%) ③ (55%) ②③④だけでもできる。①は高音質化には必須。 ④ (8%) ISO MPEG-1 Layer III Audioに準拠した圧縮処理

4 スレッド分割 入力はキャッシュにない。 キャッシュ制御 キャッシュの有効利用。 データフロー解析 フレーム間依存。

5 実時間処理システム リアルタイムＯＳ いずれも参考資料は情報処理学会誌
ITRON 分散リアルタイムOS技術 いずれも参考資料は情報処理学会誌 文献ではMCUとMPUとCPUは使い分けているが、本講義ではCPUに統一している。 MCUはEmbeded CPUのこと。

6 ITRON1 1984年に検討が開始され、1987年に仕様策定 リアルタイムOS 多種類の16ビットCPUをターゲット
広範囲の組み込み用途を強く意識 概念や用語の統一を重視 オープンな仕様

7 ITRON1 ハードウェアの性能を最大限生かす ソフトウェアの生産性向上に役立つ 各規模/多種類のプロセッサに標準的に適用
汎用すぎるRTOSでは性能が出なかった ソフトウェアの生産性向上に役立つ 移植性はそこそこに、教育面からの考慮を中心 リターゲットを考えると移植性はそれほど重要ではない おなじOSが使えることは大きな利点 各規模/多種類のプロセッサに標準的に適用 多種類向けのRTOSは多くなかった 時間の経過とともにターゲットの変更はよくある →　図1

8 ITRON1の設計コンセプト 弱い標準化（無理をしない標準化） 設計方針 → ３．１ 実装例 → 表2
共通化すると実行時性能の低下→標準化しない 一般のOSでいうところの抽象化層を挿入しない 多様なハードウェアの上で性能を最大限に発揮 設計方針　→　３．１ 実装例　→　表2

9 μITRON １９８９年に仕様を策定 ８～１６bitCPUをターゲットに仕様を絞り込み 必要な機能だけを搭載することもできた
きわめて限られた計算能力で使用可 小容量のメモリに搭載可 シングルチップCPU 必要な機能だけを搭載することもできた ITRON１と基本コンセプトは同じ 32bit CPUにまで搭載されるようになった

10 ITRON２ １９８９年に仕様を策定 TRONチップをターゲットとしている ITRON１と基本コンセプトは同じ ただし、応用は広がらなかった
比較的規模の大きな制御システムに使われる ITRON１と基本コンセプトは同じ ただし、応用は広がらなかった

11 μITRON3.0 1993年に仕様公開 ３２bitCPUもターゲットにした 接続機能をもつ 古いμITRONも依然として使われている
必要十分であれば移行は必要ない ツールが充実してきた頃

12 ITRONの第2フェーズ RTOSカーネルから周辺の仕様を標準化 組み込みシステムも大規模化へ進んでいる 開発環境の充実が必要
カーネル仕様の標準化だけでは不十分 開発環境の充実が必要 ソフトウェア部品のインタフェース標準化 μITRON４のリアルタイムカーネル仕様

13 ソフトウェア部品のインタフェース標準化 TCP/IPプロトコルスタック Java実行環境 組み込み機器でもインターネット接続が必要
ソケットインターフェースの問題点を解決 1998年5月に公開 コンパクトで効率の良いAPI 概念や用語はITRON仕様と整合 Java実行環境

14 μITRON４ ソフトウェア部品を流用したい スケーラビリティは維持したい スタンダードプロファイルを厳密に定義 移植性の高さが必要
弱い標準化ではできない スケーラビリティは維持したい スタンダードプロファイルを厳密に定義

15 分散リアルタイムOS技術 1-1. ハードリアルタイム 1-2. ソフトリアルタイム スケジューリング問題
時間制約を満足しない場合に効用が－∞ 1-2. ソフトリアルタイム 時間制約を満足しない場合に効用がゆるやかに減少 スケジューリング問題 各ホストがタスクだけではなく、ネットワークやデータベースに関する時間制約を満足しないといけない いろいろなドメインのスケジューリングが必要

16 スケジューラビリティ解析問題 リアルタイム同期問題 リアルタイム通信問題 タスク間の実行順序関係はデータやメッセージに依存
メッセージのスケジューラビリティ解析なども必要 リアルタイム同期問題 セマフォのキューでも優先度決定が必要 リアルタイム通信問題 メッセージ転送時の最悪転送時間が規定できない

17 リアルタイムOSの最新動向 時間制約の記述 Cyclic Execution 周期的タスクやデッドラインハンドラ
Rate monotonic, Earliest Deadline Firstスケジュール ソフトデッドライン対象に評価関数の導入 資源予約方式 CPUやネットワークなどが予約対象の資源

18 資源予約方式の最新研究トピック 複数種類の資源の統合 多階層のQoS表現の統合 複数の実行主体の統合 分散資源予約の統合
依存関係のある資源を予約する場合を考慮 多階層のQoS表現の統合 表現が階層により異なることを考慮 複数の実行主体の統合 ジョブは複数のスレッドに分かれている場合を考慮 分散資源予約の統合 異機種構成では性能や機能が違うことを考慮

19 午後の人々