Echtzeit Betriebssysteme (RTOS) werden in Umgebungen eingesetzt, in denen eine große Anzahl von Ereignissen, meist außerhalb des Computersystems, in kurzer Zeit oder innerhalb bestimmter Fristen angenommen und verarbeitet werden müssen. Solche Anwendungen sind industrielle Steuerungen, Telefonvermittlungsgeräte, Flugsteuerung und Echtzeitsimulationen. Bei einem RTOS wird die Verarbeitungszeit in Zehntelsekunden gemessen. Dieses System ist zeitgebunden und hat eine feste Frist. Die Verarbeitung in diesem Systemtyp muss innerhalb der angegebenen Einschränkungen erfolgen. Andernfalls führt dies zu einem Systemausfall.

Beispiele für Echtzeitbetriebssysteme sind Flugverkehrskontrollsysteme, Kommandokontrollsysteme, Flugreservierungssysteme, Herzschrittmacher, Netzwerk-Multimedia-Systeme, Roboter usw.
Es gibt drei Arten von Echtzeitbetriebssystemen:

RTOS

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1. Hartes Echtzeit-Betriebssystem: Diese Betriebssysteme garantieren, dass kritische Aufgaben innerhalb einer bestimmten Zeitspanne erledigt werden.

   Beispielsweise wird ein Roboter angeheuert, um eine Autokarosserie zu schweißen. Wenn der Roboter zu früh oder zu spät schweißt, kann das Auto nicht verkauft werden. Es handelt sich also um ein hartes Echtzeitsystem, bei dem der Roboter das vollständige Schweißen des Autos kaum rechtzeitig durchführen kann. Wissenschaftliche Experimente, medizinische Bildgebungssysteme, industrielle Steuerungssysteme, Waffen Systeme, Roboter, Flugsicherungssysteme usw.
   

2. Weiches Echtzeit-Betriebssystem: Dieses Betriebssystem sorgt für etwas Entspannung im Zeitlimit.

   Zum Beispiel – Multimediasysteme, digitale Audiosysteme usw. In Echtzeitsystemen sind explizite, vom Programmierer definierte und kontrollierte Prozesse anzutreffen. Durch die Behandlung eines einzelnen externen Ereignisses wird ein separater Prozess geändert. Der Prozess wird aktiviert, wenn das entsprechende Ereignis eintritt, das durch einen Interrupt signalisiert wird.

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   Der Multitasking-Betrieb wird dadurch erreicht, dass Prozesse so geplant werden, dass sie unabhängig voneinander ausgeführt werden. Jedem Prozess wird eine bestimmte Prioritätsstufe zugewiesen, die der relativen Bedeutung des Ereignisses entspricht, das er bedient. Der Prozessor wird den Prozessen mit der höchsten Priorität zugeordnet. Diese Art von Zeitplan, auch prioritätsbasierte präventive Planung genannt, wird von Echtzeitsystemen verwendet.
   

3. Festes Echtzeit-Betriebssystem : RTOS dieser Art müssen ebenfalls Fristen einhalten. Trotz der geringen Auswirkung kann das Versäumen einer Frist unbeabsichtigte Folgen haben, einschließlich einer Verschlechterung der Produktqualität. Beispiel: Multimedia-Anwendungen.
4. Deterministisches Echtzeitbetriebssystem: Konsistenz ist der Hauptschlüssel bei dieser Art von Echtzeitbetriebssystem. Es stellt sicher, dass alle Aufgaben und Prozesse jederzeit mit vorhersehbarem Timing ausgeführt werden, wodurch es besser für Anwendungen geeignet ist, bei denen die Timing-Genauigkeit sehr wichtig ist. Beispiele: INTEGRITÄT, PikeOS.
   

Vorteile:

Die Vorteile von Echtzeitbetriebssystemen sind wie folgt:

1. Maximaler Verbrauch: Maximale Auslastung von Geräten und Systemen. Dadurch mehr Leistung aus allen Ressourcen.
   
2. Aufgabenverschiebung: Der Zeitaufwand für die Verlagerung von Aufgaben ist in diesen Systemen sehr gering. Bei älteren Systemen dauert es beispielsweise etwa 10 Mikrosekunden. Das Verschieben einer Aufgabe auf eine andere dauert in den neuesten Systemen 3 Mikrosekunden.
   
3. Fokus auf Anwendung: Konzentrieren Sie sich auf die Ausführung von Anwendungen und weniger auf Anwendungen, die sich in der Warteschlange befinden.
   
4. Echtzeit-Betriebssystem im eingebetteten System: Da die Größe der Programme gering ist, können RTOS auch eingebettete Systeme wie im Transportwesen und anderen sein.
   
5. Fehlerfrei: Solche Systeme sind fehlerfrei.
   
6. Speicherzuweisung: Die Speicherzuweisung wird in solchen Systemen am besten verwaltet.

Nachteile:
Die Nachteile von Echtzeitbetriebssystemen sind wie folgt:

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1. Begrenzte Aufgaben: Nur sehr wenige Aufgaben laufen gleichzeitig und ihre Konzentration ist zur Fehlervermeidung sehr gering auf wenige Anwendungen konzentriert.
   
2. Nutzen Sie schwere Systemressourcen: Manchmal sind die Systemressourcen nicht so gut und sie sind auch teuer.
   
3. Komplexe Algorithmen : Die Algorithmen sind sehr komplex und für den Designer schwer zu beschreiben.
   
4. Gerätetreiber- und Interrupt-Signale: Es benötigt spezielle Gerätetreiber und Interrupt-Signale, um frühestmöglich auf Interrupts reagieren zu können.
   
5. Thread-Priorität: Es ist nicht sinnvoll, die Thread-Priorität festzulegen, da diese Systeme weniger anfällig für Aufgabenwechsel sind.
   
6. Mindestumschaltung: RTOS führt nur minimale Aufgabenwechsel durch.

Vergleich von regulären und Echtzeit-Betriebssystemen: