Sistemas Operacionais Multimídia

Apresentação em tema: "Sistemas Operacionais Multimídia"— Transcrição da apresentação:

1 Sistemas Operacionais Multimídia
Aula 11

2 Sistemas Operacionais Multimídia Introdução
Processamento em tempo-real Comunicação Sincronização Gerência de memória Gerência de base de dados Gerência de arquivos Gerência de dispositivos

3 Introdução Um dos mais importantes aspectos de sistemas operacionais multimídia é o processamento em tempo-real de dados de mídias contínuas O gerenciamento de processos deve levar em conta os requisitos de tempo impostos pela manipulação de dados multimídia Métodos apropriados de escalonamento devem ser aplicados

4 Introdução (cont.) Para obedecer aos requisitos de tempo, componentes são concebidos como recursos que são reservados antes da execução Reserva de recursos cobre todos os recursos que lidam com mídias contínuas

5 Introdução (cont.) A comunicação e a sincronização entre processos devem atender as restrições dos requisitos de tempo-real e as relações temporais entre diferentes mídias Em sistemas multimídia, a gerência de memória tem que prover acesso a dados com atraso (máximo) garantido e funções de manipulação de dados eficientes Ex.: operações de gerência de buffer em vez de operações de cópia física de dados (menor desempenho)

6 Introdução (cont.) Gerência de base de dados é um componente importante em um sistema multimídia Abstração dos detalhes de armazenamento de dados em memória secundária Para melhor desempenho, a gerência de base de dados deve se basear em serviços de gerência de arquivos fornecido pelo sistema operacional multimídia

7 Introdução (cont.) Sistemas operacionais isolam as aplicações dos dispositivos Serviços de gerência de dispositivos são necessários Em sistemas multimídia, a integração de dispositivos de áudio e vídeo deve ser semelhante a qualquer outro dispositivo de entrada/saída

8 Tempo Real O sistema de tempo-real possui a tarefa permanente de receber informações do ambiente, espontaneamente ou em intervalos periódicos de tempo, e/ou de enviar informações ao ambiente dadas certas restrições de tempo A principal caraterística de sistemas de tempo-real é a corretude da computação Esta corretude não se aplica apenas a computação sem erro, mas também ao tempo em cujo resultado é apresentado

9 Tempo Real (cont.) Velocidade e eficiência não são as principais características de sistemas de tempo-real (mitos) Ex.: em uma apresentação de uma sequência de vídeo em um sistema multimídia, o único resultado aceitável é quando o vídeo é apresentado nem rápido demais nem devagar demais

10 Deadlines Um deadline representa o último tempo aceitável para a apresentação de um resultado É a fronteira entre o comportamento normal (correto) e anômalo (errado) Soft deadline Hard deadline

11 Características de Sistemas de Tempo Real
Resposta rápida previsível a eventos críticos em relação a tempo e informações de tempo apuradas Alto grau de escalonabilidade (schedulability) Estabilidade na presença de sobrecarga

12 Tempo Real e Multimídia
Streams de áudio e vídeo consistem de valores de dados de mídias contínuas que mudam periodicamente (amostras de áudio e quadros de vídeo) Cada LDU deve ser apresentada até um deadline bem determinado Jitter só é permitido antes da apresentação final ao usuário

13 T-R e Multimídia (cont.)
Para satisfazer os requisitos de tempo de mídias contínuas, o S.O. deve usar técnicas de escalonamento de tempo-real Estas técnicas devem ser aplicadas a todos os recursos do sistema envolvidos no processamento de dados de mídias contínuas CPU, memória principal, armazenamento, dispositivos de E/S e redes

14 T-R e Multimídia (cont.)
Sistemas multimídia que não são usados em cenários tradicionais de tempo-real têm requisitos de tempo-real diferentes (mais simples) Aplicações como automação industrial e pilotagem de aviões têm grande demanda por segurança e tolerância a falhas

15 Requisitos de Tempo-Real
Tolerância a falha: menos estrita do que em sistemas de tempo-real que têm impacto físico direto Contra-ex.: suporte de cirurgia remota por vídeo e áudio tem grande demanda por corretude Para muitas aplicações de sistemas multimídia, perder um deadline não é uma falha severa requisitos de áudio são mais estritos, porque o ouvido humano é mais sensível a audio gaps do que o olho é a video jitter

16 Requisitos de Tempo-Real (cont.)
Como alguns algoritmos de compressão são capazes de usar diferentes fatores de compressão (diferentes qualidades) a banda (bandwidth) pode ser negociada a qualidade pode ser ajustada dinamicamente à banda disponível (ex. através da mudança de parâmetros) - vídeo escalável

17 Gerência de Recursos Exemplo: uma imagem de vídeo não deveria ser apresentada com atraso porque o sistema de comunicação está ocupado com uma transação de um sistema de gerenciamento de banco de dados Em qualquer cenário realista encontramos várias aplicações multimídia que concorrentemente usam recursos compartilhados O gerenciamento do sistema deve usar algoritmos de escalonamento adequados para servir aos requisitos das aplicações

18 Recursos Um recurso pode ser ativo: fornece um serviço (ex.: CPU)
passivo: denota alguma capacidade do sistema requisitada por um recurso ativo (exs.: memória principal, banda de comunicação, sistema de arquivo) usado exclusivamente por um processo a um tempo (recursos ativos) compartilhado por vários processos (recursos passivos)

19 Requisitos Os requisitos de transmissão e processamento de aplicações multimídia locais e distribuídas são especificados de acordo com as seguintes características: O throughput é determinado pela taxa de transferência de dados necessária para satisfazer os requisitos da aplicação Delay local: o tempo máximo para completar uma tarefa em um recurso

20 Requisitos - Características (cont.)
Delay fim-a-fim: atraso total para uma unidade de dado ser transmitida da fonte ao destino Jitter: variância máxima permitida na chegada de dados no destino A confiabilidade define mecanismos de detecção e correção de erros erros podem ser ignorados, indicados e/ou corrigidos correção de erros através da retransmissão raramente é apropriada para dados de tempo crítico porque os dados retransmitidos normalmente chegam atrasados

21 Requisitos (cont.) Em sistemas de comunicação, estes requisitos são também conhecidos como parâmetros de Qualidade de Serviço (QoS): throughput (data rate) local delay (global) end-to-end delay jitter confiabilidade

22 Componentes e Fases Alocação e gerência de recurso pode ser baseada na interação entre clientes e seus respectivos gerentes de recursos o cliente seleciona o recurso e pede uma alocação através da especificação de requisitos (QoS specification) o gerente do recurso checa sua utilização e decide se o pedido de reserva pode ser atendido todas as reservas existentes são armazenadas para que os requisitos especificados sejam garantidos se necessário, o cliente negocia o pedido de reserva com outros gerentes de recursos

23 Um gerente de recursos fornece componentes para as diferentes fases do processo de gerência e alocação: teste de escalonabilidade: checa com os parâmetros de QoS (ex. throughput e confiabilidade) para determinar se a capacidade existente é suficiente para atender o novo pedido cálculo da QoS: o gerente de recurso calcula o melhor desempenho possível (ex. delay) que pode ser garantido para o novo pedido reserva de recurso: alocação da capacidade necessária para garantir a QoS de cada pedido escalonamento de recurso: mensagens são escalonadas de acordo com as garantias de QoS dadas

24 Esquema de Alocação Abordagem pessimista: faz reserva para o pior caso, evitando conflitos de recursos QoS garantido Sub-utilização potencial de recursos Abordagem otimista: reserva para uma carga de trabalho média QoS: “o melhor possível” Os recursos são altamente utilizados pode haver falha por sobrecarga

25 Modelo de Definição de Parâmetros de QoS
Baseado no modelo Linear Bounded Arrival Processes (LBAP) Enxurrada (burst) de mensagens: mensagens chegadas a frente da escala LBAP é um processo de chegada de mensagens em um recurso definido por três parâmetros: M = tamanho máximo da mensagem (bytes/msg) R = taxa (rate) máxima de mensagens (msg/seg) B = enxurrada (burstiness) máxima (msgs)

26 Modelo - Exemplo WS WS CD LAN Amostra de sinal de áudio a uma frequência de 44,1 kHz Amostra de 16 bits Taxa de transferência resultante: 44100Hz x (16bits / 8bits/byte) = 88200bytes/s

27 Exemplo (cont.) As amostras são montadas em frames Resultados:
75 mensagens (frames) são transmitidas por segundo (R) de acordo com o padrão de CD Assim, o tamanho máximo da mensagem é: M = 88200bytes/s / 75mensagens/s = 1176bytes/msg Em um pacote de bytes, temos B = 12000bytes / 1176bytes/msg = 10 mensagens Resultados: M = 1176 bytes/msg R = 75 msgs/s B = 10 mensagens

28 Em um intervalo de tempo de duração t, o número máximo de mensagens que chegam em um recurso não deve exceder: B + R x t Exemplo: assumindo t = 1s, 10 mensagens + 75 mensagens/s x 1s = 85 mensagens A introdução de enxurrada (burstiness) permite pequenas violações (por curtos períodos) da taxa de transferência assumida

29 Máxima Taxa Média de Transferência de Dados
M x R Exemplo: 1176bytes/msg x 75mensagens/s = bytes/s Máximo Tamanho de Buffer Mensagens que chegam “a frente da escala” devem ser enfileiradas M x (B + 1) 1176bytes/msg x 11msg = bytes

30 Tempo de Chegada Lógico
Backlog Lógico Número de mensagens que já chegaram “a frente da escala” quando da chegada da mensagem m Se uma mensagem é processada “a frente da escala” o backlog lógico é maior do que o backlog real Tempo de Chegada Lógico Define o tempo mais cedo que uma mensagem m pode chegar em um recurso quando todas as mensagens chegam de acordo com as suas taxas Uma mensagem é crítica se o seu tempo de chegada lógico já passou