Операционные системы реального времени

Многослойность в структуре ОС

Многопользовательская система

Однопользовательские многозадачные операционные системы

Однопользовательские многозадачные – такие ОС применяют в настольных компьютерах и ноутбуках.

Windows от Microsoft, MacOS от Apple, Unix, VMS и операционные системы для больших компьютеров, такие как MVS – примеры операционных систем, позволяющих одному пользователю одновременно выполнять несколько программ.

Многопользовательская система позволяет многим разным пользователям одновременно пользоваться ресурсами одного компьютера.

Операционная система должна

- сбалансировать требования различных пользователей,

- обеспечить использование каждой программой достаточных и разделенных ресурсов, чтобы проблема, возникшая у одного пользователя, не распространилась на все сообщество пользователей.

Структура операционных систем эволюционировала от монолитной к архитектуре клиент-сервер.

Основная идея – сведение базиса ОС к минимуму
(планировщик и примитивы синхронизации).

Вся остальная функциональность выносится на другой уровень и реализуется через потоки или задачи.

Серверные задачи отвечают за системные вызовы.

Приложения – клиенты, они запрашивают сервисы через системные вызовы.

Клиент-серверная технология позволяет создавать
масштабируемые ОС и упрощает распределение в многопроцессорной системе.

При эксплуатации системы замена одного модуля не вызывает эффекта “снежного кома”; сбой модуля не всегда влечет за собой отказ системы в целом.

Появилась возможность динамической загрузки и отгрузки модулей.

Главной проблемой в этой модели является защита памяти, поскольку серверные процессы должны быть защищены.

При каждом запросе сервиса система должна переключаться с контекста приложения на контекст сервера.

При поддержке защиты памяти время переключения с одного процесса на другой увеличивается.

Операционные системы реального времени (Real-time operating system, RTOS) – используются для управления машинами, научной аппаратурой и промышленными системами.

Это специальный класс программного обеспечения нижнего уровня, на базе которого разрабатываются так называемые системы реального времени (СРВ).

Несмотря на то, что СРВ могут представлять собой приложения различного масштаба - от встроенного в часы электронного секретаря-ассистента до глобальной системы банковских транзакций, - их отличительной чертой является способность дать правильный ответ на любое разрешенное событие за время, не превосходящее некоторый, заранее определенный интервал ("реальное время").

Возможности пользовательского интерфейса очень скромные, поскольку передаваемая в эксплуатацию система представляет собой "черный ящик".

Очень важной частью RTOS является управление ресурсами компьютера таким образом, чтобы определенная операция выполнялась в течение абсолютно одинакового периода времени каждый раз, когда она должна осуществляться.

Наличие в качестве основы ОС РВ не гарантирует создание СРВ.

Для создания СРВ нужно правильно спроектировать систему в целом, учитывая такие параметры, как производительность аппаратных средств, возможные объемы информационных потоков, мощность каналов связи и т.п.

На рынке присутствует множество коммерческих ОС РВ.

Общее число ОС РВ не уменьшается, поскольку появляются новые разработки, специализированные для новых процессоров.

Можно назвать следующие ОС РВ:

· Nucleus PLUS, разработчик Accelerated Technology,

· CMX-RTX, разработчик CMX Systems,

· ThreadX, разработчик Express Logic,

· VRTX, разработчик Mentor Graphics,

· Windows CE и Windows NT Embedded, разработчик Microsoft Corp.,

· OS-9, разработчик Microware Systems Corp.,

· RTOS-32, разработчик On Time Software,

· QNX, разработчик QNX Software Systems Ltd.,

· ChorusOS, разработчик Sun Microsystems,

· RTX for Windows NT and Windows CE, разработчик VenturCom,

· VxWorks, разработчик Wind River Systems.

Функции, которые выполняют ОС общего назначения и ОС РВ во многом сходны

диспетчеризация задач,

обеспечение связи между задачами,

обработка прерываний,

взаимодействие с аппаратными средствами.

Отличия ОС РВ от ОС общего назначения – во внутренней архитектуре.

Для обеспечения свойств реального времени необходимы средства обеспечения предсказуемой многозадачности.

ОСРВ построены на основе микроядра (kernel или nucleus), которое обеспечивает планирование и диспетчеризацию задач, а также осуществляет их взаимодействие.

Принято различать системы мягкого (soft) и жесткого (hard) реального времени.

В системах жесткого реального времени неспособность обеспечить реакцию на событие в заданное время ведет к отказам и невозможности выполнения задачи.

Время реакции должно быть минимальным.

Системы мягкого реального времени –не попадающие под определение «жесткие».

Они могут не успевать решать задачу, но это не приводит к отказу системы в целом.

В СРВ вводится директивный срок (deadline), до истечения которого задача должна обязательно (желательно) выполниться. Этот срок используется планировщиком задач как для назначения приоритета задачи при запуске, при выборе задачи на выполнение.

Главная проблема ОСРВ – планирование задач (scheduling), обеспечивающее предсказуемое поведение системы при всех обстоятельствах.

Дата добавления: 2014-01-15