SISTEMAS OPERATIVOS CAPITULO 20 PARTE 2

En la arquitectura de proceso del sistema de alarma antirrobos (figura 20.8), ¿qué se observa respecto a los procesos de despliegue?. Los procesos de despliegue del patrón se combinan en un solo proceso de despliegue para la consola. Cada tipo de sensor requiere obligatoriamente su propio proceso de despliegue independiente, sin posibilidad de combinarlos. No existe ningún proceso de despliegue en este sistema, ya que la información nunca se muestra al operador.

¿Qué tipo de sistema de tiempo real es el sistema de alarma antirrobos descrito como ejemplo, según el capítulo?. Un sistema de tiempo real «blando» sin requerimientos de temporización rigurosos, ya que los sensores solo deben consultarse con poca frecuencia. Un sistema de tiempo real «duro» que exige respuestas en microsegundos ante cualquier estímulo. Un sistema que no tiene ningún tipo de requerimiento de temporización, ni blando ni duro.

¿Qué aplicaciones se mencionan como típicas del patrón Observar y Reaccionar?. Sistemas de monitorización y sistemas de alarma. Sistemas de adquisición de datos a alta velocidad y sistemas multimedia exclusivamente. Sistemas de frenado antiderrapante y sistemas de control de invernaderos únicamente.

¿Qué caracteriza al patrón de Control Ambiental, según su descripción en el capítulo?. El sistema analiza información de sensores y, con base en ella, envía señales de control a los actuadores que cambian el entorno del sistema. El sistema únicamente despliega información sin enviar jamás ninguna señal de control a un actuador. El sistema se limita a transformar datos de una representación a otra sin ninguna interacción con el entorno físico.

En el ejemplo del sistema de frenado antiderrapante, ¿qué hace el sistema si detecta que una rueda se bloquea al frenar?. Envía una secuencia rápida de señales encendido/apagado al freno de esa rueda para permitir que gire y se recupere el control. Aplica el freno al máximo de forma permanente en todas las ruedas del vehículo simultáneamente. Detiene por completo el motor del automóvil para evitar cualquier riesgo de derrape.

¿Qué variante del patrón de Control Ambiental se menciona en el capítulo, y en qué situación se usa?. Una variante que deja fuera el proceso de despliegue, usada cuando no hay requerimientos de intervención del usuario o la tasa de control es muy alta. Una variante que elimina el proceso de control del actuador, dejando solo la monitorización sin ninguna acción correctiva. Una variante exclusiva para sistemas que no incluyen ningún tipo de sensor físico.

En el ejemplo del controlador de frenado antiderrapante (figura 20.11), ¿qué función cumple el «monitor de rueda»?. Combina los procesos de sensor individuales y monitoriza el estado de cada rueda para comprobar si gira o está bloqueada. Sustituye por completo al proceso de análisis, eliminando la necesidad de cualquier otro proceso de control. Se encarga exclusivamente de medir la presión ejercida por el conductor sobre el pedal del freno.

¿Cuáles son los procesos típicos asociados al patrón de Control Ambiental, según la figura del capítulo?. Monitor, de control, de despliegue, controlador de actuador y monitor de actuador. Observador, Análisis, Despliegue, Alarma y Reactor. Productor, Buffer y Consumidor exclusivamente.

¿Qué tipo de retroalimentación puede existir en el patrón de Control Ambiental, según el capítulo?. Retroalimentación directa entre el control del actuador y el proceso de monitorización del actuador, permitiendo decisiones de control de grano fino. Retroalimentación exclusivamente entre el proceso de despliegue y la pantalla del operador, sin relación con los actuadores. No existe ningún tipo de retroalimentación posible dentro de este patrón arquitectónico.

¿Para qué se usa el patrón de Segmentación de Proceso (process pipeline), según el capítulo?. Para transformar datos de una representación a otra mediante una secuencia de pasos de procesamiento que pueden realizarse de manera concurrente. Exclusivamente para almacenar de forma permanente los datos sin ningún tipo de transformación. Para eliminar la necesidad de contar con más de un procesador o núcleo en el sistema.

¿Por qué la segmentación de proceso es una arquitectura eficiente para procesadores múltiples o multinúcleo?. Porque cada proceso en la segmentación puede asociarse con un procesador o núcleo separado, permitiendo que los pasos se realicen en paralelo. Porque elimina por completo la necesidad de usar buffers para sincronizar los procesos productor y consumidor. Porque un solo núcleo debe ejecutar secuencialmente todos los pasos de transformación, sin excepción.

¿Cuáles son los procesos típicos del patrón de Segmentación de Proceso, según la figura del capítulo?. Productor, Buffer y Consumidor. Observador, Análisis, Despliegue, Alarma y Reactor. Monitor, de control, de despliegue, controlador de actuador y monitor de actuador.

¿Qué tipo de sistemas se mencionan como usos típicos del patrón de Segmentación de Proceso?. Sistemas de adquisición de datos y sistemas multimedia. Sistemas de monitorización y sistemas de alarma exclusivamente. Sistemas de control de temperatura en invernaderos únicamente.

En el ejemplo del sistema de adquisición de datos de flujo de neutrones de un reactor nuclear, ¿qué función cumple el «convertidor A-D»?. Convierte los datos analógicos de los sensores de flujo de neutrones en datos digitales que se colocan en un buffer de datos brutos. Almacena de forma permanente y exclusiva todos los datos procesados sin realizar ninguna conversión. Sustituye por completo al proceso de despliegue, eliminando la necesidad de mostrar información al operador.

¿Por qué es importante que los procesos productor y consumidor en una segmentación de proceso estén vinculados mediante buffers sincronizados?. Para permitir que ambos procesos operen a diferentes velocidades sin pérdida de datos. Para forzar que ambos procesos se ejecuten siempre a exactamente la misma velocidad. Para evitar por completo la necesidad de cualquier análisis de temporización posterior.

¿Qué se calcula durante el análisis de temporización de un sistema embebido de tiempo real?. Con qué frecuencia debe ejecutarse cada proceso del sistema para garantizar que todas las entradas se procesen y las respuestas se produzcan oportunamente. Exclusivamente el costo monetario total del hardware requerido para el sistema. El número total de líneas de código que debe tener el sistema completo.

¿Por qué el análisis de temporización es particularmente difícil cuando existen estímulos no periódicos?. Porque, al ser impredecibles, se deben hacer suposiciones sobre la probabilidad de que ocurran, y dichas suposiciones pueden ser incorrectas. Porque los estímulos no periódicos nunca pueden analizarse mediante ningún método conocido. Porque los estímulos no periódicos siempre tienen mayor prioridad que cualquier estímulo periódico.

Según el capítulo, ¿cuáles son los tres factores clave a considerar en el análisis de temporización?. Plazos, frecuencia y tiempo de ejecución. Costo, tamaño del equipo de desarrollo y lenguaje de programación utilizado. Memoria disponible, velocidad del procesador y sistema operativo instalado.

¿Qué diferencia existe entre el «tiempo de ejecución promedio» y el «tiempo de ejecución del peor escenario» de un proceso?. En un sistema de tiempo real duro conviene basarse en el peor escenario para no incumplir plazos; en uno blando puede bastar el tiempo promedio. Ambos tiempos son siempre idénticos, ya que la ejecución condicional del código no afecta la duración del proceso. El tiempo de ejecución promedio se usa exclusivamente en sistemas duros, y el peor escenario solo en sistemas blandos.

En el ejemplo de la falla de energía del capítulo, si el proceso de monitoreo se ejecuta 250 veces por segundo (cada 4 ms) y pueden requerirse hasta dos periodos para detectar la caída de voltaje, ¿qué tiempo máximo tarda en detectarse el problema?. Hasta 8 ms. Hasta 50 ms, igual al plazo total disponible antes del daño del equipo. Hasta 1 ms, el mismo tiempo que dura la comparación simple de dos valores.

En el ejemplo del sistema de alarma antirrobos, ¿cuál es el requerimiento de temporización establecido para el cambio a energía de respaldo tras una falla de energía?. Debe completarse dentro de un plazo de 50 ms. Debe completarse dentro de un plazo de 2 segundos, igual que el llamado a la policía. No existe ningún plazo definido para esta respuesta en particular.

Al asignar prioridades de proceso en el sistema de alarma antirrobos, ¿por qué el proceso del monitor de voltaje recibe mayor prioridad que los procesos que comprueban los valores de sensor?. Porque necesita programarse para detectar caídas de voltaje y cambiar a energía de respaldo antes de que falle el sistema, mientras que los otros procesos tienen plazos más relajados. Porque el monitor de voltaje siempre requiere más memoria que cualquier otro proceso del sistema. Porque, según el capítulo, todos los procesos del sistema deben tener exactamente la misma prioridad.

¿Qué ventaja y desventaja se mencionan al decidir examinar varios sensores (por ejemplo, cuatro) durante cada ejecución de un proceso, en lugar de examinar uno solo?. El tiempo de ejecución del proceso aumenta, pero solo es necesario ejecutar el proceso con menor frecuencia para cumplir el requerimiento de temporización. El tiempo de ejecución del proceso disminuye siempre, sin ningún efecto sobre la frecuencia necesaria de ejecución. No existe ninguna relación entre el número de sensores examinados y la frecuencia de ejecución del proceso.

¿Por qué los sistemas operativos estándar, como Linux y Windows, generalmente no se usan como plataforma de ejecución para sistemas de tiempo real?. Porque su amplia funcionalidad ocupa gran espacio y vuelve lenta la ejecución, y sus características de gestión de proceso no permiten control de grano fino sobre la planeación. Porque estos sistemas operativos son incompatibles con cualquier tipo de hardware embebido, sin excepción. Porque su uso está prohibido por ley en el desarrollo de software de tiempo real en cualquier país.

¿Qué es un sistema operativo de tiempo real (RTOS)?. Un sistema operativo eficiente que ofrece las características necesarias para gestionar la asignación de procesos y recursos en un sistema de tiempo real. Un sistema operativo idéntico a Windows o Linux, solo que instalado en un procesador más rápido. Un programa de aplicación que se ejecuta exclusivamente sobre un sistema operativo convencional ya instalado.

¿Cuáles son los ejemplos de RTOS mencionados en el capítulo?. Windows/CE, VxWorks y RTLinux. Android, iOS y ChromeOS. CORBA, EJB y .NET.

¿Qué son los sistemas «metal al descubierto» mencionados en el capítulo?. Sistemas embebidos muy simples que incluyen por sí mismos el arranque y apagado del sistema, gestión de proceso y recursos, y planeación de proceso, sin un RTOS separado. Sistemas que carecen por completo de cualquier tipo de software, funcionando únicamente con circuitos analógicos. Sistemas operativos de propósito general adaptados sin ninguna modificación para tiempo real.

¿Cuáles son los componentes típicos de un RTOS mencionados en el capítulo?. Reloj de tiempo real, manipulador de interrupciones, planificador, gestor de recursos y despachador. Servidor Web, base de datos relacional y middleware de mensajería exclusivamente. Compilador, depurador y editor de código integrados en el propio sistema operativo.

¿Qué instalaciones adicionales pueden tener los RTOS para sistemas grandes, como los de control de proceso o telecomunicaciones?. Gestión de almacenamiento de disco, instalaciones para gestión de fallas y un gestor de configuración para reconfiguración dinámica. Exclusivamente un navegador Web integrado para el acceso remoto al sistema. Ningún componente adicional, ya que los RTOS grandes son siempre más simples que los pequeños.

¿Cuál es la responsabilidad del gestor de proceso en un RTOS?. Elegir los procesos para su ejecución, asignar recursos de procesador y memoria, e iniciar y detener la ejecución del proceso en un procesador. Compilar el código fuente de la aplicación antes de cada ejecución del sistema. Sustituir por completo al planificador, eliminando la necesidad de examinar procesos que pueden ejecutarse.

¿Cuáles son los dos niveles de prioridad que, como mínimo, debe gestionar un RTOS según el capítulo?. Nivel de interrupción (el más alto) y nivel de reloj (asignado a procesos periódicos). Nivel de usuario y nivel de administrador, igual que en un sistema operativo convencional. Nivel de hardware y nivel de software, sin relación alguna con la periodicidad de los procesos.

¿Qué tipo de procesos reciben el nivel de prioridad adicional para «segundo plano» mencionado en el capítulo?. Procesos como los de autoverificación, que no necesitan cumplir plazos en tiempo real y se ejecutan cuando hay capacidad de procesador disponible. Únicamente los procesos de interrupción de mayor prioridad del sistema completo. Los procesos periódicos que gestionan directamente los actuadores críticos del sistema.

¿Qué diferencia existe entre la planeación no sustitutiva y la planeación sustitutiva?. En la no sustitutiva, un proceso se ejecuta hasta completarse o bloquearse; en la sustitutiva, un proceso de mayor prioridad puede detener a uno de menor prioridad en ejecución. Ambas estrategias son equivalentes y producen exactamente los mismos resultados en cualquier sistema de tiempo real. La planeación no sustitutiva solo puede usarse en sistemas operativos de propósito general, nunca en un RTOS.

¿Cuáles son los algoritmos de planeación mencionados en el capítulo (Burns y Wellings, 2009)?. Planeación circular (round-robin), planeación de tasa monotónica y planeación prioritaria del plazo más corto. Planeación por lotes, planeación FIFO exclusiva y planeación aleatoria sin ningún criterio de prioridad. Planeación orientada a objetos, planeación basada en componentes y planeación peer-to-peer.

¿Qué hace el «despachador» dentro de un RTOS?. Explora la lista de preparados para encontrar un proceso que pueda ejecutarse en el procesador disponible y comienza su ejecución. Asigna exclusivamente la memoria requerida por cada proceso, sin ninguna relación con su ejecución. Genera el reloj de tiempo real que utilizan los procesos periódicos del sistema.

Cuando dos procesos con diferentes plazos deben ejecutarse en el mismo instante del reloj, ¿qué estrategia suele elegir el sistema, según el capítulo?. Retrasar el proceso con el plazo más largo. Retrasar siempre el proceso con el plazo más corto, sin importar las consecuencias. Detener por completo ambos procesos hasta que el operador intervenga manualmente.