Особливості операційних систем реального часу (48009)

Посмотреть архив целиком

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КРАСНОДОНСЬКИЙ ПРОМИСЛОВО ЕКОНОМІЧНИЙ КОЛЕДЖ










Реферат з предмету: «Операційні системи»

на тему:

«Особливості операційних систем реального часу»


Студента групи 1ОКІСМ-06

Петренко Михайла

Перевірила: Дрокіна Т.М.










Краснодон

2009


Зміст


1. Вступ

2. Процеси, потоки, завдання

3. Планування, пріоритети

4. Пам'ять

5. Переривання

6. Годинники і таймери

7. Стандарти ОСРВ

8. Настроюваність операційних систем



1. Вступ


Операційні системи реального часу (ОСРВ) призначені для забезпечення інтерфейсу до ресурсів критичних за часом систем реального часу. Основним завданням в таких системах є своєчасність (timeliness) виконання обробки даних.

В якості основної вимоги до ОСРВ висувається вимога забезпечення передбачуваності або детермінованості поведінки системи в найгірших зовнішніх умовах, що різко відрізняється від вимог до продуктивності та швидкодії універсальних ОС. Гарна ОСРВ має передбачувану поведінку при всіх сценаріях системної завантаження (одночасні переривання і виконання потоків).

Існує певне розходження між системами реального часу і вбудованими системами. Від вбудованої системи не завжди потрібно, щоб вона мала передбачувану поведінку, і в такому випадку вона не є системою реального часу. Однак навіть побіжний погляд на можливі вбудовані системи дозволяє стверджувати, що більшість вбудованих систем потребує передбачуваному поведінці, для деякої функціональності, і таким чином, ці системи можна віднести до систем реального часу.

Прийнято розрізняти системи м'якого (soft) і жорсткого (hard) реального часу. У системах жорсткого реального часу нездатність забезпечити реакцію на будь-які події в заданий час веде до відмов і неможливості виконання поставленого завдання. У більшості російськомовної літератури такі системи називають системами з детермінованим часом. При практичному застосуванні час реакції має бути мінімальним. Системами м'якого реального часу називаються системи, що не підпадають під визначення "жорсткі", тому що в літературі чіткого визначення для них поки немає. Системи м'якого реального часу можуть не встигати вирішувати завдання, але це не призводить до відмови системи в цілому. У системах реального часу необхідне введення деякого директивного терміну (в англомовній літературі - deadline), до закінчення якого задача повинна обов'язково (для систем м'якого реального часу - бажано) виконатися. Цей директивний термін використовується планувальником завдань як для призначення пріоритету задачі при її запуску, так і при виборі задачі на виконання.

Мартін Тіммерман сформулював наступні необхідні вимоги для ОСРВ [DEDSYS]:

  • ОС повинна бути багатозадачного і допускає витіснення (preemptable),

  • ОС повинна мати поняттям пріоритету для потоків,

  • ОС повинна підтримувати передбачувані механізми синхронізації,

  • ОС повинна забезпечувати механізм успадкування пріоритетів,

  • поведінка ОС повинно бути відомим і передбачуваним (затримки обробки переривань, затримки перемикання завдань, затримки драйверів і т.д.); це означає, що у всіх сценаріях робочого навантаження системи має бути визначено максимальний час відгуку.

Протягом останніх 25-30 років структура операційних систем еволюціонувала від монолітної до багатошаровій структурі ОС і далі до архітектури клієнт-сервер. При монолітній структурі ОС складається з набору модулів, і зміни одного модуля впливають на інші модулі. Чим більше модулів, тим більше хаосу при експлуатації такої системи. Крім того, неможливо розподілити ОС багатопроцесорні системи. У багатошаровій структурі зміни одного шару впливають на сусідні шари; крім того, звернення через шар неможливо. Для систем реального часу має бути забезпечено пряме звернення до кожного шару ОС, а іноді безпосередньо до апаратури.

Основною ідеєю клієнт-серверної технології в ОС є зведення базису ОС до мінімуму (планувальник і примітиви синхронізації). Вся інша функціональність виноситься на інший рівень і реалізується через потоки або завдання. Сукупність таких серверних завдань відповідає за системні виклики. Додатки є клієнтами, які запитують сервіси через системні виклики.

Клієнт-серверна технологія дозволяє створювати масштабовані ОС і спрощує розподіл багатопроцесорні системи. При експлуатації системи заміна одного модуля не викликає ефекту "сніжного кома"; крім того, збій модуля не завжди тягне за собою відмову системи в цілому. З'явилася можливість динамічного завантаження і відвантаження модулів. Головною проблемою в цій моделі є захист пам'яті, оскільки серверні процеси повинні бути захищені. При кожному запиті сервісу система повинна перемикатися з контексту програми на контекст сервера. За підтримки захисту пам'яті час перемикання з одного процесу на інший збільшується.

Як правило, більшість сучасних ОСРВ побудовано на основі мікроядра (kernel або nucleus), яке забезпечує планування і диспетчеризацію завдань, а також здійснює їх взаємодію. Незважаючи на зведення до мінімуму в ядрі ОС абстракцій, Мікроядро все ж таки повинно мати уявлення про абстракції процесу. Всі інші концептуальні абстракції операційних систем винесені за межі ядра, викликаються за запитом та виконуються як додатки.

Розглянемо концептуальні абстракції операційної системи через призму вимог до систем реального часу.


2. Процеси, потоки, завдання


Концепція багатозадачності (псевдопараллелізм) є суттєвою для системи реального часу з одним процесором, програми якої повинні бути здатні обробляти численні зовнішні події, що відбуваються практично одночасно. Концепція процесу, що прийшла з світу UNIX, погано реалізується в багатозадачному системі, оскільки процес має важкий контекст. Виникає поняття потоку (thread), який розуміється як підпроцесу, або легкий процес (light-weight process). Потоки існують в одному контексті процесу, тому перемикання між потоками відбувається дуже швидко, а питання безпеки не беруться до уваги. Потоки є легковажно, тому що їх регістровий контекст менше, тобто їхні управляючі блоки набагато компактнішим. Зменшуються накладні витрати, викликані збереженням та відновленням керуючих блоків перериваються потоків. Обсяг керуючих блоків залежить від конфігурації пам'яті. Якщо потоки виконуються в різних адресних просторах, система повинна підтримувати відображення пам'яті для кожного набору потоків.

Отже, в системах реального часу процес розпадається на завдання або потоки. У будь-якому випадку кожен процес розглядається як додаток. Між цими додатками не повинно бути занадто багато взаємодій, і в більшості випадків вони мають різну природу - жорсткого реального часу, м'якого реального часу, не реального часу.


3. Планування, пріоритети


У зв'язку з проблемою дедлайнів головною проблемою в ОСРВ стає планування завдань (scheduling), яке забезпечувало б передбачувану поведінку системи при всіх обставинах. Процес з дедлайну повинен стартувати і здійснюватися так, щоб він не пропустив жодного свого дедлайну. Якщо це неможливо, процес повинен бути відхилений.

У зв'язку з проблемами планування в ОСРВ вивчаються і розвиваються два підходи - статичні алгоритми планування (RMS - Rate Monotonic Scheduling) [LL73] і динамічні алгоритми планування (EDF - Earliest Deadline First).

RMS використовується для формального докази умов передбачуваності системи. Для реалізації цієї теорії необхідне планування на основі пріоритетів, переривають обслуговування (preemptive priority scheduling). У теорії RMS пріоритет заздалегідь призначається кожному процесу. Процеси повинні задовольняти таким умовам:

  • процес має бути завершений за час його періоду,

  • процеси не залежать один від одного,

  • кожному процесу потрібно однакове процесорний час на кожному інтервалі,

  • у неперіодичних процесів немає жорстких термінів,

  • переривання процесу відбувається за обмежений час.

Процеси виконуються відповідно до пріоритетів. При плануванні RMS перевага віддається завданням із самими короткими періодами виконання.

У EDF пріоритет надається динамічно, і найбільший пріоритет виставляється процесу, у якого залишилося найменше час виконання. При великих завантаженнях системи у EDF є переваги перед RMS.

У всіх системах реального часу потрібно політика планування, керована дедлайну (deadline-driven scheduling). Однак цей підхід знаходиться у стадії розробки.

Зазвичай в ОСРВ використовується планування з пріоритетами, переривають обслуговування, яке засноване на RMS. Пріоритетне переривання обслуговування (preemption) є невід'ємною складовою ОСРВ, тому що в системі реального часу повинні існувати гарантії того, що подія з високим пріоритетом буде оброблено перед подією більш низького пріоритету. Все це веде до того, що ОСРВ потребує не тільки в механізмі планування на основі пріоритетів, переривають обслуговування, але також і у відповідному механізмі управління переривань. Більш того, ОСРВ повинна бути здатна забороняти переривання, коли необхідно виконати критичний код, який не можна переривати. Тривалість обробки переривань повинна бути зведена до мінімуму.


Случайные файлы

Файл
_5.19.doc
4498.rtf
72951.rtf
115907.rtf
76522-1.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.