Echtzeitbetriebssysteme

Echtzeitbetriebssysteme (RTOS) sind Betriebssysteme, die darauf ausgelegt sind, auf externe Ereignisse innerhalb festgelegter Zeitfenster zu reagieren. Ihre zentrale Eigenschaft ist die Determinismus: Aufgaben müssen innerhalb definierter Deadlines abgeschlossen werden, unabhängig von anderen Prozessen. Im Vergleich zu General-Purpose-Betriebssystemen stehen Vorhersagbarkeit und zeitliche Zuverlässigkeit im Vordergrund.

Wichtige Merkmale sind deterministisches Scheduling, geringe Interrupt-Latenz, vorhersehbares Speichermanagement und eine robuste Interprozesskommunikation. Die Architektur kann monolithisch, mikrokernelbasiert oder hybriden Typs sein; viele RTOS kombinieren deterministische Kernfunktionen mit modularen Treibern und Services.

Echtzeitsysteme werden in harte Echtzeit (Hard Real-Time) und weiche Echtzeit (Soft Real-Time) unterschieden. Bei harten Systemen müssen Alle Deadlines strikt eingehalten werden, während bei weichen Systemen gelegentliche Verfehlungen tolerierbar sind, sofern sie die Funktionalität nicht gefährden.

Typische Einsatzgebiete sind eingebettete Systeme in Automobiltechnik, Robotik, Industrieautomatisierung und medizinische Geräte. Bekannte RTOS-Beispiele sind VxWorks, QNX, RTEMS, FreeRTOS und Zephyr. Viele Systeme unterstützen POSIX Echtzeit-Erweiterungen, um Portabilität zu erleichtern.

Technisch stehen Scheduling-Politiken wie feste Priorität, Earliest-Deadline-First oder Rate-Monotonic im Mittelpunkt. Weitere Aspekte sind Worst-Case Execution Time-Analysen, Interrupt-Handling, Speicherschutz und Sicherheitsnormen (z. B. DO-178C im Flugzeugbereich, IEC 61508 in der Industrie).