Diplomarbeit - Operating Systems Group - Technische Universität ...

Kapitel 1
Einleitung
Für den Begriff Echtzeit existieren eine Reihe von Definitionen. Ursprünglich wurden Echtzeitsysteme
zur Steuerung von Maschinen oder Industrieanlagen eingesetzt. Diese Systeme mußten Zusagen über
Reaktions- und Antwortzeiten auf z.B. Sensorensignale einhalten können um eine korrekte Funktionsweise
der entsprechenden Anlage zu gewährleisten. Die Zeitauflösungen gehen dabei bis in den Mikrosekundenbereich
und die Systeme müssen garantieren, daß die Zusagen generell eingehalten werden. Eine derartige
Charakterisierung wird auch mit harter Echtzeit bezeichnet. Diese Systeme sollen hier jedoch nicht
betrachtet werden. Der Begriff Echtzeit wird in letzter Zeit auch immer häufiger in Verbindung mit Multimediasystemen
gebraucht. Damit sind Systeme gemeint, die verschiedene Medientypen wie Video, Ton
oder Text gleichzeitig verwenden. Die Bezeichnung als Echtzeitsystem beruht auf den Eigenschaften einiger
dieser Medientypen. Beispielsweise erfordert die Verwendung von Videosequenzen, daß das System
ebenfalls Zusagen über die Geschwindigkeit machen kann, mit der diese Daten gelesen werden können,
um eine störungsfreie Anzeige dieser Videos zu ermöglichen. Allerdings sind diese Zusagen weit weniger
streng zu sehen als bei einer Anlagensteuerung, weshalb diese Form auch als weiche Echtzeit bezeichnet
wird.
Im Rahmen des Projekts Dresden Real Time Operating System (DROPS) am Lehrstuhl für Betriebssysteme
der Technischen Universität Dresden wird gegenwärtig untersucht, wie derartige Zusagen durch die Verwendung
von Quality of Service (QoS) Parametern unterstützt werden können. Ein Teilprojekt beschäftigt
sich dabei mit der Entwicklung eines zusagefähigen Speichersystems. Dieses besteht aus einem zusagefähigen
SCSI-Treiber zum Zugriff auf die Festplatten sowie einem Dateisystem zur Verwaltung des Speicherplatzes
und der Dateien. Ein separater Teil des Dateisystems beschäftigt sich mit der Admission Control,
der Entscheidung über das Akzeptieren neuer Anforderungen basierend auf deren QoS-Beschreibungen.
Die vorliegende Arbeit beschreibt den Entwurf und die Implementierung des Dateisystems; der SCSI-
Treiber und die Admission Control sind Gegenstand anderer Arbeiten.
Warum ist nun aber die Entwicklung neuer Speichersysteme für diese Daten notwendig? Video- und Audiodaten
unterscheiden sich von den herkömmlichen Datentypen wie etwa Text im wesentlichen durch zwei
Eigenschaften:
¡ Kontinuierliches
Abspielen
Die Daten bestehen meistens aus einer Menge von Teilobjekten (Bildern oder Samples), die für eine
korrekte Wiedergabe mit einer bestimmten Geschwindigkeit abgespielt werden müssen. Aufgrund
dieser Eigenschaft werden Video- und Audioströme auch als Continuous Media Data bezeichnet.
¡ Datenvolumen
Im Vergleich zu Textdokumenten müssen vor allem bei Videoströmen sehr große Datenmengen verwaltet
werden. Ein einzelnes Video kann durchaus mehrere GByte an Speicherplatz erfordern.
Diesen Anforderungen sind herkömmliche Dateisysteme nicht gewachsen. An der Entwicklung von Dateisystemen
für die Verwaltung von Continuous Media Daten wurde bereits an verschiedenen Stellen gearbei-
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