硬实时,软实时和坚实实时之间的差异？

Question

我已经阅读了不同实时概念的定义,为硬实时系统和软实时系统提供的示例对我来说很有意义.但是,没有真正的解释或坚实的实时系统的例子.根据上面的链接:

公司:不经常的最后期限错失是可以容忍的,但可能会降低系统的服务质量.在截止日期之后,结果的有用性为零.

企业实时与硬实时或软实时之间是否有明显的区别,是否有一个很好的例子来说明这种区别？

在评论中,Charles要求我为新标签提交标签维基.我为公司实时标签提供的"公司实时系统"的例子是牛奶服务系统.如果系统在到期时间后输送牛奶,则认为牛奶"无用".人们可以忍受吃不含牛奶的谷物,但体验质量会降低.

这只是我在最初阅读定义时在脑海中形成的想法.我正在寻找一个更好的例子,也许是对实时公司的更好定义,这将改善我对它的看法.

Answer 1

硬实时意味着你必须绝对达到每个截止日期.很少有系统有此要求.一些例子是核系统,一些医疗应用,如心脏起搏器,大量国防应用,航空电子设备等.

固定/软实时系统可能会错过一些最后期限,但如果错过太多,最终性能会降低.一个很好的例子是计算机中的音响系统.如果你错过了一些,没什么大不了的,但是想念太多,你最终会降低系统质量.类似的是地震传感器.如果你错过了一些数据点,没什么大不了的,但你必须抓住它们中的大部分才能理解数据.更重要的是,如果他们不能正常工作,没有人会死.

这条线是模糊的,因为即使是心脏起搏器也可以少量关闭而不会杀死病人,但这是一般的要点.

这有点像热和温暖的区别.没有真正的鸿沟,但是当你感觉到时,你就会知道它.

Answer 2

硬实时

在硬实时的定义认为任何错过最后期限是系统故障.这种调度广泛用于关键任务系统,在这些系统中,不符合时序约束会导致生命或财产损失.

例子:

• 在传感器故障导致一系列系统错误后,法航447航班坠入大海.飞行员在回应过时的仪器读数时使飞机停滞不前.全部12名机组人员和216名乘客遇难.

• 当优先级反转导致系统重启时,火星探路者航天器几乎丢失.由于被较低优先级的任务阻止,较高优先级的任务未按时完成.问题得到纠正,航天器成功降落.

• 喷墨打印机具有带有控制软件的打印头,用于将正确量的墨水沉积到纸张的特定部分上.如果错过了截止日期,则打印作业将被破坏.

坚定的实时

该公司的实时定义允许偶尔错过了最后期限.在这些应用中,只要系统有足够的间隔,系统就能在任务失败后继续存在,但任务完成的价值降至零或变得不可能.

例子:

• 具有机器人装配线的制造系统在错过最后期限的情况下导致零件的不正确装配.只要破损的部件很少被质量控制捕获并且不会太昂贵,那么生产将继续进行.

• 数字有线机顶盒解码时间戳,以确定帧何时必须出现在屏幕上.由于帧是时间顺序敏感的,因此错过的最后期限会导致抖动,从而降低服务质量.如果丢失的帧稍后变得可用,则仅会导致更多的抖动显示,因此它是无用的.如果抖动不经常发生,观众仍然可以享受该节目.

软实时

在软实时定义允许频频失手的最后期限,只要任务执行及时的结果继续有值.完成的任务可能会在截止日期之前增加值,并且可以通过它减少价值.

例子:

• 气象站有许多用于读取温度,湿度,风速等的传感器.应该定期读取和传输读数,但传感器不同步.即使传感器读数与其他读数相比可能早或晚,只要它足够接近,它仍然是相关的.

• 视频游戏控制台运行游戏引擎的软件.必须在其任务之间共享许多资源.同时,任务需要根据游戏的时间表完成才能正确播放.只要任务完全相对准时,游戏将是愉快的,如果不是,它可能只会滞后一点.

^{Siewert:实时嵌入式系统和组件.
Liu&Layland:硬实时环境下多道程序的调度算法.
Marchand&Silly-Chetto:利用Skips动态调度软非周期任务和周期任务.}

Answer 3

阅读维基百科页面和其他页面上的实时计算.我做了以下推论:

1>对于硬实时系统,即使系统被认为失败,系统也无法满足截止日期.

2>对于固定的实时系统,即使系统未能满足最后期限,可能不止一次(即多次请求),系统也不会被视为失败.此外,一旦特定请求的截止日期过去,请求的响应(对查询的回复,任务的结果等)就毫无价值(结果的有效性在截止日期之后为零).一个假设的例子可以是风暴预报系统(如果在到达之前预测风暴,那么系统已完成其工作,事件已经发生之后的预测或其发生时没有价值).

3>对于软实时系统,即使系统未能满足截止时间,可能不止一次(即多次请求),系统也不会被认为是失败的.但是,在这种情况下,请求的结果对于结果截止日期后的结果并非毫无价值,不是零,而是在截止日期之后随着时间的推移而降级.例如:流式音频视频.

这是一个非常有用的资源链接.

Answer 4

将一些巨大的灾难与硬实时的定义联系起来很受欢迎,但这并不重要.任何未能满足硬实时约束只会意味着系统被破坏.当某些东西被标记为"破损"时,结果的严重程度对定义来说并不重要.

如果没有达到一个截止日期,公司和软件就不能自动被宣布破产.

对于硬实时的公平示例,从您链接的页面:

早期的视频游戏系统,如Atari 2600和Cinematronics矢量图形,由于图形和定时硬件的性质,具有硬实时要求.

如果视频生成循环中的某些内容错过了一个截止日期,那么整个显示都会出现故障,即使这种情况很少见也是不可容忍的.这将是一个破碎的系统,你会把它带回商店退款.所以这很难实时.

显然,任何系统都可能遇到无法处理的情况,因此有必要将定义限制在预期的运行条件范围内 - 注意在安全关键应用中人们必须规划可怕的条件("冷却剂已蒸发","刹车失败",但很少"太阳爆炸了").

并且不要忘记,有时候会有一种隐含的"当有人在看"时的操作条件.如果没有人看到你违反规则(或者如果他们这样做但他们在告诉任何人之前就死了),并且没有人可以证明你在事后违反了规则,那么就像你从未违反规则一样!

Answer 5

区分不同类型的实时系统类型的最简单方法是回答以下问题:

延迟系统响应(在截止日期之后)仍然有用吗？

因此,根据您对此问题的回答,您的系统可以包含为以下类别之一:

1. 硬:不,延迟答案被认为是系统故障

错过死线将导致系统无法使用.例如,控制汽车安全气囊系统的系统应检测到碰撞并迅速膨胀行李.整个过程大约需要二十五分之一秒.因此,如果系统例如以1秒的延迟作出反应,则后果可能是致命的,并且一旦汽车已经坠毁,袋子膨胀将没有益处.

2. 公司:不,但延迟的答案不一定是系统故障

如果错过最后期限是可以接受的,那么这将影响服务的质量.作为一个简单的例子,考虑视频加密系统.通常,加密密码在服务器(视频头端)中生成并发送到客户机顶盒.此过程应该同步,因此机顶盒通常会收到密码在开始接收加密视频帧之前.在这种情况下延迟可能导致视频故障,因为机顶盒无法解码帧,因为它还没有收到密码.在这种情况下,服务(电影,有趣的足球比赛等)可能会受到不符合截止日期的影响.在这种情况下,延迟接收密码是没有用的,因为用它们加密的帧已经引起了毛刺.

3. 软:是的,但系统服务已降级

从维基百科的描述来看,结果的有用性在截止日期之后会降低.这意味着,在截止日期之前从系统获得响应对最终用户仍然有用,但在达到截止日期后其有用性会降低.这种情况的一个简单示例是自动控制房间(或建筑物)温度的软件.在这种情况下,如果系统读取温度传感器有一些延迟,那么对于粗糙的温度变化反应就会有点慢.然而,最后它将最终对变化作出反应并相应地调节温度以使其保持恒定.因此,在这种情况下,延迟反应很有用,但会降低系统的服务质量.

Answer 6

一个软实时是最容易理解,其中即使在截止日期后得到的结果,结果仍视为有效.

示例: Web浏览器 - 我们请求某个URL,加载页面需要一些时间.如果系统花费超过预期的时间来向我们提供页面,则获得的页面不被视为无效,我们只是说系统的性能没有达到标记(系统性能低下!).

在硬实时系统中,如果在截止日期之后获得结果,则认为系统完全失败.

示例:如果机器人执行线路跟踪等工作,如果路径上出现阻碍,并且机器人未在某个编程截止日期(几乎是即时!)处理此信息,则称机器人失败在它的任务中(机器人系统也可能被彻底摧毁!).

在公司实时系统中,如果流程执行的结果是在截止日期之后,我们会丢弃该结果,但系统不会被称为失败.

示例:用于敌方位置监控或其他任务的卫星通信.如果卫星定期向其发送帧的地面计算机站过载,并且当前帧(数据包)未及时处理并且下一帧出现,则当​​前数据包(错过截止日期的数据包)无关紧要是否丢弃/丢弃处理完成(或完成一半或几乎完成).但地面计算机并不是完全失败的.

Answer 7

要定义"软实时",最简单的方法是将其与"硬实时"进行比较.下面我们将看到"坚实的实时"一词构成了对"软实时"的误解.

随便说一下,大多数人暗中都有一个非正式的心理模型,认为信息或事件是"实时的"

•如果或在某种程度上,它对他们有明显的延迟(延迟)可能与其感知货币有关

•即,在信息或事件具有可接受的令人满意的价值的时间范围内.

"硬实时"有许多不同的临时定义,但在该心理模型中,硬实时由"if"术语表示.具体来说,假设实时操作(例如任务)具有完成期限,所有任务完成的事件的可接受的令人满意的值仅限于所有任务满足其截止日期的特殊情况.

硬实时系统做出了非常强烈的假设,即关于应用程序,系统和环境的所有内容都是静态的,并且已知为"先验 - 例如,哪些任务,它们是周期性的,它们的到达时间,它们的周期,它们的最后期限,它们赢得了没有资源冲突,总体而言系统的时间演变.在飞机飞行控制系统或汽车制动系统和许多其他情况下,通常可以满足这些假设,以便满足所有期限.

这种心理模型是有意且非常有用的,足以涵盖硬实时和软实时 - 软"被"在某种程度上"适用".例如,假设任务完成事件具有次优但可接受的值,如果

• 不超过10%的任务错过了最后期限
• 或者没有任务超过20%
• 或者所有任务的平均延迟不超过15%
• 或者所有任务中的最大延迟小于10%

这些都是许多应用中软实时案例的常见示例.

考虑放学后挑选孩子的单任务应用.这可能没有实际的截止日期,相反,根据事件发生的时间,您和您的孩子会有一些价值.太早的浪费资源(例如你的时间)和太晚都有一些负面价值,因为你的孩子可能会被单独留下并可能受到伤害(或者至少是不方便).

与静态硬实时特殊情况不同,软实时仅对任务和系统做出最小必要的特定于应用程序的假设,并且预期不确定性.要接你的孩子,你必须开车到学校,根据天气,交通状况等,这样做的时间是动态的.你可能想要过度配置你的系统(即,允许你希望的是最糟糕的情况是驾驶时间)但这又是浪费资源(你的时间,占用家庭车辆,可能否定其他家庭成员使用).

就浪费的资源而言,这个例子似乎并不昂贵,但考虑其他例子.所有军事作战系统都是实时软件.例如,考虑使用导弹对敌方地面车辆进行飞机攻击,并使用导弹对其进行更新作为目标机动.完成课程更新任务的最大满意度是通过对目标的直接破坏性打击来实现的.但是,过度配置资源以确定这一结果的尝试通常过于昂贵甚至可能是不可能的.在这种情况下,如果导弹击中距目标足够近以使其失效,您可能会感觉不那么满意.

显然,战斗场景具有很多可能的动态不确定性,必须由资源管理来适应.软实时系统在许多民用系统中也很常见,例如工业自动化,尽管显然军用系统是实现可接受的令人满意的价值的最危险和最紧迫的系统.

实时系统的基石是"可预测性".硬实时案例只对一个可预测性的特殊情况感兴趣 - 即任务将全部满足其最后期限,并且该事件将实现最大可能值.这个特例被称为"确定性".

有一系列可预测性.确定性(确定性)是可预测性谱的一个终点(最大可预测性); 另一个终点是最小可预测性(最大非确定性).频谱的度量和终点必须根据所选择的可预测性模型进行解释; 这两个终点之间的一切都是不可预测的程度(=非决定论的程度).

大多数实时系统(即软系统)具有非确定性可预测性,例如,任务的完成时间以及从这些事件中获得的值.

一般而言(在理论上),可预测性以及因此可接受的令人满意的价值可以在必要时尽可能接近确定性终点 - 但价格可能在物理上不可能或过于昂贵(如在战斗中或甚至在从学校接你的孩子).

软实时需要特定于应用程序的概率模型选择(不是常见的频率模型),因此需要用于推理事件延迟和结果值的可预测性模型.

回顾上面提供可接受值的事件列表,现在我们可以添加非确定性案例,例如

• 没有任务错过最后期限超过5%的概率大于0.87.(注意那里表示的调度标准的数量.)

在导弹防御应用中,考虑到在战斗中攻击总是优于防御,你更喜欢这两种实时计算场景中的哪一种:

• 因为所有敌对导弹的完全破坏是不太可能或不可能的,所以分配你的防御资源以最大化概率,因为许多最具威胁性(例如,基于他们的目标)的敌对导弹将被成功拦截(近距离拦截计数因为它可以将敌对导弹移出场外);

• 抱怨这不是一个实时计算问题,因为它是动态的而不是静态的,传统的实时概念和技术不适用,听起来比静态硬实时难,所以你对它不感兴趣.

尽管在实时计算社区中存在对软实时的各种误解,但软实时非常通用且功能强大,尽管与硬实时相比可能很复杂.这里概述的软实时系统在实时计算社区之外具有冗长的成功使用历史.

直接回答OP问题:

硬实时系统可以提供确定性保证 - 最常见的是所有任务都将满足其最后期限,中断或系统调用响应时间将始终小于x,等等.如果只有非常强的假设并且是正确的重要的一切都是静态的,并且已知是'先验的(一般来说,对于硬实时系统的这种保证是一个开放的研究问题,除了相当简单的情况)

软实时系统不能提供确定性保证,它旨在根据特定应用标准,提供在当前动态环境下可行的最佳分析指定和完成的概率时效性和时效性的可预测性.

显然硬实时是一个简单的软实时特例.显然,软实时的分析性非确定性保证可能非常复杂,但在最常见的实时案例中(包括最危险的安全关键事件,如战斗)是强制性的,因为大多数实时案例都是动态的静态的.

"坚实的实时"是一个定义不明确的"软实时"特例.如果理解并正确使用术语"软实时",则不需要该术语.

我在我的网站real-time.org上对实时,硬实时,软实时,可预测性,确定性和相关主题进行了更为详细的更精确的讨论.