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Sistemas Operativos en Tiempo Real

Curso de IoT: Programación de Microcontroladores ESP32

Clase 14 de 30

Clase 14 / 30

Gabriel Obregón

Hace 2 años

Tipos de Sistemas Operativos

Existen múltiples tipos de sistemas operativos. Los más comunes son aquellos que utilizamos diariamente en laptops, teléfonos celulares y relojes inteligentes. Sin embargo, estos no son los únicos sistemas operativos que existen. De hecho, incluyen funciones adicionales que van más allá del concepto técnico de un sistema operativo.

El Kernel: El Corazón del Sistema Operativo

Desde el punto de vista técnico, un sistema operativo es, en esencia, lo que se conoce como un kernel. El kernel es el software encargado de gestionar los recursos de la computadora para que los procesos se ejecuten de manera organizada.

Originalmente, los sistemas operativos no existían. Los programas debían ejecutarse uno a la vez, cargando y borrando manualmente cada uno antes de ejecutar el siguiente. Con el tiempo, los sistemas operativos permitieron la ejecución simultánea de múltiples tareas dentro de un mismo hardware, optimizando así su uso.

Tipos de Sistemas Operativos

Los sistemas operativos pueden clasificarse en dos grandes categorías:

Sistemas operativos tradicionales: Se utilizan en computadoras personales y dispositivos móviles.
Sistemas operativos especializados: Diseñados para entornos específicos, como la industria aeroespacial, la militar o la médica, donde se requiere precisión extrema y tiempos de respuesta exactos.

Uno de los más importantes dentro de los sistemas especializados son los sistemas operativos en tiempo real. Estos sistemas garantizan que las tareas se ejecuten con tiempos de respuesta precisos y sin errores. Un ejemplo de estos es FreeRTOS, utilizado en dispositivos como la ESP32 o ESP-IDF de Espressif.

Ejemplo Práctico: Un Auto Autónomo

Imaginemos un auto autónomo, que debe ejecutar múltiples tareas simultáneamente:

Sistema de navegación: Determina de dónde viene y hacia dónde se dirige el auto.
Sistema anticolisiones: Detecta obstáculos y evita accidentes.

Ambas tareas son igualmente importantes, ya que un fallo en la navegación podría impedir que el auto llegue a su destino, mientras que un error en el sistema anticolisiones podría provocar un accidente.

Para gestionar esto, los sistemas operativos utilizan un método de simulación de multitarea. Si el procesador solo puede ejecutar una tarea a la vez, alterna rápidamente entre ellas en pequeños intervalos de tiempo, creando la ilusión de ejecución paralela.

Cambio de Contexto y su Importancia

Uno de los aspectos clave en la multitarea es el cambio de contexto, que ocurre cuando el sistema interrumpe una tarea para ejecutar otra.

Para entenderlo mejor, imagina que estás resolviendo un problema de matemáticas y luego cambias abruptamente a una tarea de inglés. Este cambio requiere que tu cerebro reorganice la información, lo que puede tomar tiempo y esfuerzo. Algo similar ocurre con las computadoras: cuando interrumpen un proceso, deben guardar su estado actual antes de ejecutar otro.

Es fundamental encontrar un equilibrio en la frecuencia de los cambios de contexto:

Si los cambios son demasiado frecuentes, el procesador desperdicia tiempo en guardar y recuperar estados, afectando el rendimiento del sistema.
Si los cambios son demasiado tardíos, las tareas no se ejecutarán realmente en paralelo, lo que puede generar errores.

Por ejemplo, en un auto autónomo, si el sistema tarda demasiado en cambiar entre navegación y anticolisión, el vehículo podría no reaccionar a tiempo, causando un accidente.

Colaboración Entre Tareas y Comunicación en Sistemas Operativos

En sistemas más avanzados, como la robótica, las tareas no solo deben ejecutarse en paralelo, sino que también deben colaborar entre sí.

Siguiendo el ejemplo del auto autónomo:

El sistema anticolisiones puede ayudar al sistema de navegación a encontrar la mejor ruta.
A su vez, el sistema de navegación puede indicar qué trayectorias evitar para minimizar el riesgo de colisiones.

Los sistemas operativos permiten esta comunicación entre procesos, asegurando un intercambio eficiente de información.

Comentarios (25)25 comentarios

Martín Gutiérrez Hernández

Hace 4 años

Me gustaría que hicieran un curso de RTOS , lo e escuchado y quisiera saber más a fondo de esto.

Juan Sebatian Ariza

Hace 3 años

han escuchado de ROS y ROS2, seria genial tener un curso de esto.

Deiby Alejandro Triana Archila

De acuerdo con el compañero!!!

Yimmy Cruz

Estaría bueno un curso de FreeRTOS, en mi universidad en el curso de Ingeniería Aeroespacial y Aeronáutica lo estudie pero siempre me quedaron algunas dudas estaría genial que Platzi implemente este curso.

Patricio Cárdenas

Efectivamente, es necesario profundizar RTOS, dado que las necesidades actuales demandan que los micros realicen mas tareas en un mismo o menor tiempo, ya sea por costo, tiempo de desarrollo o espacio disponible en el hardware. Así que vamos por ese curso FreeRtos.

Me apunto!!!

Julio Cardenas

La gente de digikey tienen un youtube una serie de 12 videos sobre rtos.

Esta serie esta en un ingles muy digerible/

https://www.youtube.com/watch?v=F321087yYy4&list=PLEBQazB0HUyQ4hAPU1cJED6t3DU0h34bz

Daniel Esteban Sanchez Arias

Me gustaría ver un cursos de RTOS, sería bueno profundizar en este tema.

Juan Felipe Rodriguez Valencia

un curso de freeRTOS estaria de lujo!!

Jose Gabriel Argüello

Interesante el próximo curso de FreeRTOS próximo!!!! ( esperamos el curso profe), en mi caso me toco trabajar con bare metal ( c puro ) y se lograba realizar tareas complejas con un adecuado gestión del proceso de interrupciones .

Maria Tapia M.

Hace 3 meses

Me encantaría un curso de FreeRTOS con Diana. Explica muy bien!

edwin Mauricio Gallego Brown

Hace 4 meses

quiero saber mas sobre este tema

luis mateo

Hace 6 meses

Seria genial un curso de FreeRTOS, en muchas ocasiones es sumamente necesario.

Miguel Diaz

Hace 7 meses

me gustaria un curso de Sistemas opreativos

José Antonio De La Paz Fonseca

Hace 9 meses

QNX (Línea de negocio de BlackBerry) es le sistema operativo de tiempo real más relevante del mundo estando en dispositivos tan criticos como el caso de ejemplo mencionado por el profesor sino también aplicaciones médicas como Da Vinci.

Javier Bornia

Si son igual de importantes, no seria mejor destinar un core para cada tarea en lugar de alternar?

Diana Martinez

No es necesario, porque el SO administra los procesos y los distribuye equitativamente entre los cores disponibles, la opción de pinear a un core es en caso de que se quiera compartir recursos muy específicos.

Daniel Fernando Murcia Perdomo

Me encantaría tener mas información acerca de RTOS! Me encantaria tener un curso de RTOS y uno RTOS aplicado a Robotica

Innovacion Infotrack

Tambien me apunto para profundizar FreeRTOS

Carlos Andres Betancourt Perez

con maquinas de estados finitos (FSM) también se puede hacer multitarea, la real diferencia entre un RTOS y un sistema normal con super loop es la garantía en los tiempos de ejecución ya que un RTOS es determinista en el tiempo. cuando el tiempo de respuesta de tu sistema el critico, un RTOS es ideal

Marcelo Gaston Duarte

Quiero saber mas de RTOS

Cristian Leonardo Cárdenas Garcia

Seria genial un curso de freeRTOS estaria de lujo!!

Edwin Agudelo

Desde ahora me apunto para próximos cursos de ESP32 y por supuesto el curso de RTOS,

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