Phân tích Hệ điều hành RTOS là gì? Có ưu điểm gì nổi bật?

RTOS là gì?

RTOS (real-time operating system) hay hệ điều hành thời gian thực là một hệ điều hành (OS) nhằm phục vụ các ứng dụng thời gian thực, với khả năng xử lý dữ liệu đầu vào nhanh chóng do không có sự chậm trễ của bộ đệm (buffer).

Hệ điều hành thời gian thực (RTOS) được sử dụng trong môi trường có số lượng lớn các sự kiện, tác vụ, cần xử lý trong thời gian ngắn hoặc trong thời hạn nhất định. Với RTOS, thời gian xử lý được tính bằng phần mười giây hoặc ít hơn. Quá trình xử lý trong RTOS phải diễn ra trong các ràng buộc, giới hạn thời gian được chỉ định, nếu không sẽ dẫn đến lỗi hệ thống.

Khác với các hệ điều hành thông thường như Windows, Android, iOS,… chứa rất nhiều ứng dụng và tính năng nên cần có thời gian khởi chạy khi mở ứng dụng lên, RTOS được thiết kế cho các nhiệm vụ đặc biệt, với thời gian thực thi các tác vụ trong thời gian chính xác, các lỗi được ô lập và xử lý nhanh chóng.

Cơ chế hoạt động và phân loại RTOS

RTOS hoạt động dựa trên hai cơ chế là hướng sự kiện (event-driven) hoặc chia sẻ thời gian (time-sharing). Cơ chế hướng sự kiện sẽ giải quyết và điều phối các tác vụ (task) thông qua mức độ ưu tiên của chúng, còn cơ chế chia sẻ thời gian sẽ chuyển đối các tác vụ dựa trên phản ứng ngắt của xung nhịp. Phần lớn các hệ điều hành RTOS đều sử dụng giải thuật pre-emptive scheduling (tạm dịch là lập lịch trước).

Hệ điều hành RTOS thường được chia thành ba loại chính là:

• Hard RTOS (Tạm dịch: Hệ điều hành thời gian thực cứng): Các hệ điều hành này sẽ luôn đảm bảo các tác vụ được hoàn thành trong một khoảng thời gian cố định, xác định cụ thể, không có sự sai sót.
• Soft RTOS (Tạm dịch: Hệ điều hành thời gian thực mềm) : Đây là các hệ điều hành với thời gian thực hiện tác vụ có thể nhận được một số nới lỏng trong phạm vi cho phép, chỉ cần hoàn thành đúng thời gian quy định.
• Firm RTOS (Tạm dịch: Hệ điều hành thời gian thực bền vững) : Hệ điều hành cũng có các giới hạn thời gian được xác định cụ thể với mức độ chính xác cao nhất, Firm RTOS cũng đảm bảo các tác vụ luôn được thực hiện thành công ngay cả trong trường hợp quá thời hạn quy định.

Các chức năng cơ bản của RTOS

Scheduler (Bộ lập lịch), trong Scheduler mỗi tác vụ sẽ có 3 trạng thái mặc định là:

• Ready to run: Trạng thái chuẩn bị của tác vụ khi đã có đủ các tài nguyên để khởi chạy.
• Running: Trạng thái tác vụ đang thực thi.
• Blocked: Đây là trạng thái mà các tác vụ không đủ tài nguyên để xử lý sẽ được về trạng thái khóa.

RTOS Services (Dịch vụ thời gian thực) với các dịch vụ:

• Dịch vụ xử lý ngắt (Interrupt handling services).
• Dịch vụ thời gian (Time services).
• Dịch vụ quản lý thiết bị (Device management services).
• Dịch vụ quản lý bộ nhớ (Memory management services).
• Dịch vụ quản lý kết nối (IO services).

Mesaging (Các thông điệp). Các thông điệp này sẽ dùng để trao đổi thông tin giữa các tác vụ với nhau, bao gồm:

• Semaphores: Đồng bộ hóa quyền truy cập các tài nguyên dùng chung.
• Event flags: Đồng bộ hóa hoạt động cần có sự phối hợp của nhiều tác vụ.
• Mailboxes, Pipes, Message queues: Quản lý các thông điệp đã được gửi đi và đến giữa các task.

Ưu điểm của RTOS

Bên cạnh đó hệ điều hành thời gian thực còn có một số ưu điểm khác như:

• Độ ổn định và tin cây cao, nên có thể hoạt động trong thời gian dài mà không cần quá nhiều sự can thiệp của con người.
• Hiệu suất tốt hơn cùng mức tiêu thụ bộ nhớ thấp nên không gây tiêu tốn quá nhiều tài nguyên hoặc RAM.
• RTOS gần như không có lỗi và nếu có xảy ra lỗi cũng dễ dàng phát hiện hơn.
• Có kích thước nhỏ và chi phí thấp.
• …

Các ứng dụng của RTOS

RTOS thường được ứng dụng trong một số lĩnh vực như: Hệ thống kiểm soát giao thông hàng không, hệ thống kiểm soát chỉ huy, hệ thống đặt chỗ của hãng hàng không, máy đo nhịp tim, hệ thống đa phương tiện mạng, Robot, hiết bị vi điều khiển, các thiết bị chăm sóc sức khỏe IoT,…

Bên cạnh đó cũng có một số thiết bị công nghệ được trang bị RTOS như: Vòng tay thông minh Samsung Galaxy Fit2 hay vòng tay thông minh Samsung Galaxy Fit R370,…

Tổng kết

Trên đây là một số thông tin được mình tổng hợp về RTOS một hệ điều hành khá đặc biệt và cũng ít người biết đến. Mình mong rằng qua bài viết này các bạn sẽ có thêm cái nhìn tổng quan nhất về RTOS, các ưu điểm, chức năng cũng như ứng dụng của hệ điều hành này.

Rất cảm ơn các bạn đã đọc hết bài viết của mình và nếu các bạn có thông tin bổ sung nào khác về RTOS cũng hãy để lại dưới phần bình luận bên dưới cho chúng mình được biết nhé.