Операционные системы реального времени

Все операционные системы реального времени(ОСРВ) сегодня являются многозадачными системами. Задачи делят между собой ресурсы вычислительной системы, в том числе и процессорное время.

Внутренняя архитектура ОСРВ [10]

Четкой границы между ядром и операционной системой нет. Различают их, как правило, по набору функциональных возможностей. Ядра предоставляют пользователю такие базовые функции, как планирование и синхронизация задач, межзадачная коммуникация, управление памятью и т. д. Операционные системы в дополнение к этому имеют файловую систему, сетевую поддержку, интерфейс с оператором и другие средства высокого уровня.

Одним из первых принципов построения архитектуры операционных систем является монолитность ОС (рис. 2.1). Принцип монолитности заключается в представлении ОС как набора модулей, взаимодействующих между собой различным образом внутри ядра системы и предоставляющих прикладным программам входные интерфейсы для обращений к аппаратуре. Главным недостатком такой архитектуры является плохая предсказуемость ее поведения, вызванная сложным взаимодействием модулей системы между собой.

Рис. 2.1. Архитектура монолитной ОС

Большинство современных ОС, как реального времени, так и общего назначения, строятся именно по этому принципу.

В задачах автоматизации широкое распространение в качестве ОСРВ получили уровневые ОС (рис 2.2). В системах этого класса прикладные приложения могут получить доступ к аппаратуре не только посредством ядра системы или ее резидентных сервисов, но и непосредственно. По такому принципу строились ОСРВ в течение многих лет. По сравнению с монолитными ОС такая архитектура обеспечивает значительно большую степень предсказуемости реакций системы, а также позволяет осуществлять быстрый доступ прикладных приложений к аппаратуре. Недостатком таких систем является отсутствие в них многозадачности. В рамках такой архитектуры проблема обработки асинхронных событий сводилась к буферизации сообщений, а затем к последовательному опросу буферов и обработке. При этом соблюдение критических сроков обслуживания обеспечивалось высоким быстродействием вычислительного комплекса по сравнению со скоростью протекания внешних процессов.

Рис. 2.2. Архитектура уровневой ОС

Одной из наиболее эффективных архитектур для построения операционных систем реального времени считается архитектура клиент-сервер. Общая схема ОС, работающей по этой технологии, представлена на рис. 2.3. Основным принципом такой архитектуры является вынесение сервисов ОС в виде серверов на уровень пользователя, а микроядро выполняет функции диспетчера сообщений между клиентскими пользовательскими программами и серверами – системными сервисами. Такая архитектура дает массу плюсов с точки зрения требований к ОСРВ и встраиваемым системам. Среди этих преимуществ можно отметить:

1. Повышается надежность ОС, т. к. каждый сервис является, по сути, самостоятельным приложением и его легче отладить и отследить ошибки.

2. Такая система лучше масштабируется, поскольку ненужные сервисы могут быть исключены из системы без ущерба ее работоспособности.

3. Повышается отказоустойчивость системы, т. к. «зависший» сервис может быть перезапущен без перезагрузки системы.

Рис. 2.3. Построение ОС с использованием архитектуры клиент-сервер

На сегодняшний день немногие ОС реализуются по принципу клиент-сервер. Среди известных ОСРВ, реализующих архитектуру микроядра, можно отметить OS9 и QNX.

Дата добавления: 2014-12-29