Стандарти ОСРЧ

Часові характеристики ОС

Загальноприйнятою умовою, що відокремлює ОСРЧ від операційних систем загального призначення, є наступна: Час реакції операційної системи при будь-яких варіантах завантаження повинен залишатися постійним. На практиці це означає високу стабільність таких характеристик системи, як латенція переривань (тобто час від моменту ініціації переривання до першої команди програмного оброблювача), час переключення контекстів процесів і потоків, і т.д. Також для ОСРЧ дуже важливі часи вирішення конфліктів, таких як прихід низькопріоритетного і високопріоритетного переривань підряд у зазначеному порядку з невеликим часовим розривом. Стабільно малий час, за який керування буде передано оброблювачеві високопріоритетного переривання, є гарною характеристикою ОСРЧ. Однак тут необхідно відзначити важливий момент: сам по собі час реакції системи не грає особливої ролі, часові характеристики повинні розглядатися в контексті параметрів зовнішнього процесу. Варто пам’ятати, що в системах реального часу ключовими є не статистичні (середні) оцінки, а максимальні значення, оскільки перевищення часу реакції навіть в одному випадку з мільйона в задачах жорсткого реального часу може привести до катастрофічних наслідків.

Ще одна важлива особливість операційних систем реального часу, що відокремлює їх від систем загального призначення, полягає в незалежності поводження системи і її часів реакцій від кількості поточних задач. У більшості систем загального призначення такі параметри як час переключення контексту потоку прямо залежить від кількості потоків у системі, у системах же реального часу цієї залежності не повинно бути.

Найбільш раннім і розповсюдженим стандартом ОСРЧ є стандарт POSIX (ІEEE Portable Operating System Interface for Computer Environments, ІEEE 1003.1). Первісний варіант стандарту POSIX з’явився в 1990 р. і був призначений для UNIX-систем, перші версії яких з’явилися в 70-х роках минулого століття. Специфікації POSIX визначають стандартний механізм взаємодії прикладної програми та операційної системи і в даний час включають набір більш ніж з 30 стандартів. Для ОСРЧ найбільш важливі сім з них (1003.1a, 1003.1b, 1003.1c, 1003.1d, 1003.1j, 1003.21, 1003.2h), але широку підтримку в комерційних ОС одержали тільки три перших.

Стандарт POSIX був створений як стандартний інтерфейс сервісів операційних систем. Цей стандарт дає можливість створювати переносні додатки. Згодом цей стандарт був розширений особливостями режиму реального часу.

Специфікації POSIX задають стандартний механізм взаємодії додатка й ОС. Необхідно відзначити, що стандарт POSIX тісно зв’язаний з ОС Unіx; проте, розроблювачі багатьох ОСРЧ намагаються витримати відповідність цьому стандартові. До цього часу стандарт POSIX розглядається як сімейство родинних стандартів: ІEEE Std 1003.n (де n – це номер).

Стандарт 1003.1a (OS Definition) містить базові інтерфейси ОС – підтримку єдиного процесу, підтримку багатьох процесів, керування завданнями, сигналами, групами користувачів, файловою системою, файловими атрибутами, керування файловими пристроями, блокуваннями файлів, пристроями введення/виведення, пристроями спеціального призначення, системними базами даних, каналами, чергами FІFO, а також підтримку мови C.

Стандарт 1003.1b (Realtime Extensions) містить розширення реального часу – сигнали реального часу, планування виконання (з урахуванням пріоритетів, циклічне планування), таймери, синхронне й асинхронне введення/виведення, введення/виведення із пріоритетами, синхронізація файлів, блокування пам’яті, поділювана пам’ять, передача повідомлень, семафори. Щоб стати POSIX-компліантною, ОС повинна реалізувати не менш 32 рівнів пріоритетів.

Стандарт 1003.1c (Threads) стосується функцій підтримки баготопоточної обробки усередині процесу – керування потоками, планування з урахуванням пріоритетів, мютекси (спеціальні синхронізуючі об’єкти в міжпроцесорній взаємодії, що подають сигнал, коли вони не захоплені яким-небудь потоком), пріоритетне спадкування в мютексах, змінні стану (condition variables).

Стандарт DO-178B, створений Радіотехнічною комісією з аеронавтики (RTCA, Radio Technical Commission for Aeronautics) для розробки ПЗ бортових авіаційних систем. Перша його версія була прийнята в 1982 р., друга (DO-178A) – у 1985 р., третя DO-178B – у 1992 р. Готується прийняття нової версії, DO-178C. Стандартом передбачено п’ять рівнів серйозності відмовлення, і для кожного з них визначений набір вимог до програмного забезпечення, що повинні гарантувати працездатність усієї системи в цілому при виникненні відмовлень даного рівня серйозності.

Стандарт ARІNC-653 (Avionics Application Software Standard Interface) розроблений компанією ARІNC у 1997 р. Цей стандарт визначає універсальний програмний інтерфейс APEX (Applіcatіon/Executіve) між ОС авіаційного комп’ютера і прикладним ПЗ. Вимоги до інтерфейсу між прикладним ПЗ і сервісами операційної системи визначаються таким чином, щоб дозволити прикладному ПЗ контролювати диспетчеризацію, зв’язок і стан внутрішніх оброблюваних елементів. У 2003 р. прийнята нова редакція цього стандарту. ARІNC-653 у якості одного з основних вимог для ОСРЧ в авіації вводить архітектуру ізольованих (partitioning) віртуальних машин.

Стандарт OSEK/VDX є комбінацією стандартів, що споконвічно розроблялися в двох окремих консорціумах, що згодом злилися. OSEK бере свою назву від німецького акроніма консорціуму, до складу якого входили провідні німецькі виробники автомобілів – BMW, Bosch, Daimler Benz (тепер Daimler Chrysler), Opel, Sіemens і Volkswagen. Проект VDX (Vehicle Distributed eXecutіve) розвивався спільними зусиллями французьких компаній PSA і Renault. Команди OSEK і VDX злилися в 1994 р.

Стандарт OSEK/VDX складається з трьох частин – стандарт для операційної системи (OS), комунікаційний стандарт (COM) і стандарт для мережного менеджера (NM). На додаток до цих стандартів визначається деяка реалізаційна мова (OІ). Першим компонентом стандарту OSEK є стандарт для ОС, тому часто стандарт OSEK помилково сприймається як стандарт ОСРЧ. Хоча ОС і є велика порція даного стандарту, потужність його полягає в інтеграції всіх його компонентів.

Дата добавления: 2014-01-07