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Marco Lapegna » 11.I S.O. multimediali – parte prima


Sistemi operativi multimediali

L’intrattenimento e la comunicazione multimediale rappresentano uno dei settori che più rapidamente si è affermato negli ultimi anni.

Le caratteristiche dei file per il multimedia:

  • musica;
  • filmati;
  • videoclip;
  • videogiochi;

sono molto diverse dai file tradizionali per cui sono stati progettati la maggior parte dei sistemi operativi odierni.

Esigenza di nuovi modelli e algoritmi per i sistemi operativi multimediali

Un filmato digitale

Un filmato digitale è una entità discretizzata.

La parte video si compone di un certo numero di frame da processare ogni secondo:

  • NTSC (USA e Giappone) 30 fotogrammi al secondo;
  • PAL e SECAM 25 fotogrammi al secondo.

La parte audio si compone di un certo numero di campionamenti da processare al secondo: tipicamente 44100 campioni al secondo

In ogni caso la quantità di dati da processare è costante nel tempo

Caratteristiche di un sistema multimediale

Per avere una visione accettabile, un film in formato DVD di 5 Gbytes di due ore richiede il trasferimento di 4*1010 bit in 7200 secondi

Richiesta una velocità di trasferimento di oltre 5 Mbit/sec (altri formati richiedono fino a centinaia di Mbit/sec)

Alcune velocità di trasmissione


La qualità del servizio (QoS)

Dipende da alcuni parametri

  • Larghezza di banda media (bandwidth);
  • La variabilità nella velocità di trasmissione (jitter);
  • La probabilità di perdere i dati.

Esempio:

  • Bandwidth = 10 Mbps
  • 99% dei ritardi di al più 100ms
  • 10-10 bit persi

OK per MPEG2

Una ampiezza di banda inferiore richiede una risoluzione minore per avere la stessa QoS.

Multimedia e real time

In un file multimediale i frame devono essere processati a intervalli costanti (periodo):

  • NTSC: 1 frame ogni 33.3 ms;
  • PAL e SECAM: 1 frame ogni 40 ms.
Esempio.

Esempio.


Multimedia e real time (segue)

Processi con tali caratteristiche sono detti Processi Periodici.

Poichè i s.o. per sistemi multimediali deve processare:

  • insiemi di dati di dimensioni costante (i frame);
  • a intervalli costanti (il periodo);
  • entro una fissata scadenza (la deadline).

Costituiscono un esempio significativo di sistemi operativi che fanno uso di tecniche real time.

Multimedia e real time (segue)

Un sistema con tali caratteristiche differisce profondamente da un sistema general purpose.

Principali differenze:

  • algoritmi di scheduling dei processi;
  • il file system;
  • la schedulazione del disco.

Un DVD player

Un DVD player è basato su un s.o. che deve processare un solo film alla volta, composto ad esempio:

  • Traccia per il video
  • Traccia per l’audio
  • Traccia per i sottotitoli

I processi arrivano secondo un ordine fissato e prestabilito

Algoritmo di scheduling FCFS o round robin


TV on demand

Un sistema per la TV on demand è invece basato su un s.o. che deve fare fronte a un numero di richieste varibili nel tempo.

  • M = Numero di utenti che variano nel tempo
  • Numerosi film da gestire contemporaneamente, con differenti
    • Periodi Pi i=1,..M
    • Deadline Di i=1,..M
    • Tempi di processamento dei frame Ti i=1,..M

La schedulazione di processi in cui ci sono delle scadenze temporali e’ detta Schedulazione in tempo reale.

Esempio

3 processi A, B e C

  • Proc. A → periodo P=30 tempo esecuzione T=10
  • Proc. B → periodo P=40 tempo esecuzione T=15
  • Proc. C → periodo P=50 tempo esecuzione T=5
Deadline che coincide con l’inizio del frame successivo.

Deadline che coincide con l'inizio del frame successivo.


Problema

Siamo sicuri che i tre processi possono essere eseguiti rispettando le loro rispettive deadline?

  • A occupa la CPU per 10 unità ogni 30 → utilizzo della CPU = 33.3%
  • B occupa la CPU per 15 unità ogni 40 → utilizzo della CPU = 37.5%
  • C occupa la CPU per 5 unità ogni 50 → utilizzo della CPU = 10%

In generale

Dati M processi, ognuno dei quali caratterizzato da:

  • Periodo Pi
  • Tempo esecuzione Ti

I processi schedulabili sono: \sum _{i=1} ^{M} \frac {T_i}{p_i} \leq 1

Osservazione: data la natura dei processi i parametri Pi e Ti sono noti allo scheduler.

QoS del video on demand

Un sistema per il video on demand è basato su un s.o. che deve fare fronte a un numero di richieste varibili nel tempo.

Il modo più comune per garantire una fissata QoS consiste nel riservare le risorse per gli utenti e rifiutare richieste ulteriori che degraderebbero la QoS

controllo dell’ammissione

I materiali di supporto della lezione

Silberschatz , Galvin, Gagne – Sistemi Operativi 8a ed. Capitolo 20.

Tanenbaum – Moderni sistemi operativi 3a ed. Capitolo 7.

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