Лекция №5 (Лекции и презентации для подготовки к экзамену)

Лекция №5

Системы реального времени

Когда момент времени управляющего воздействия не менее важен, чем корректность воздействия. Короче, это система, корректность которой зависит не только от корректности результатов вычислений, но и от времени, в течение которого эти результаты были получены.

Система должна успеть отреагировать на события, произошедшие на объекте управления, в течение времени, критичного для этого события. Критическое время для каждого события определяется исходя их сущности события и объекта и должно быть вычислено при проектировании системы. Отсутствие реакции в течение этого вычисленного времени является недопустимым для систем реального времени.

Система должна уметь реагировать на два и более одновременно произошедших события в течение времени, критического для всех событий.

Как видно, требование реального времени не связано напрямую с быстродействием.

Чем меньше средний разброс, тем качественнее система. Вот правая на рисунке – более качественная.

Области применения систем реального времени: военная и космическая отрасли, системы измерения и управления, цифровые видеосистемы и симуляторы, системы управления ракетами, системы определения положения привязки к местности, АСУ производством, АСУ технологическими процессами, автомобилестроение и много ещё где.

Классификация систем реального времени:

- по последствиям, наступающим в случае реакции на события в течение критического срока:

1) системы жёсткого реального времени – здесь задержка реакции приводит к катастрофическим результатам (автопилот, ядерный реактор);

2) твёрдого реального времени – здесь задержка реакции приводит к недопустимому снижению производительности (системы управления сотовой связью);

3) системы мягкого реального времени – в случае задержки возвращаются к исходному состоянию, которое было до события (базы данных клиент-сервер);

- по истории развития:

1) традиционные;

2) нетрадиционные;

- по структуре:

1) монолитная на основе микроядра;

2) объектно-ориентированные;

Назначение ОС – оптимальное распределение ресурсов между прикладными задачами. Ресурсы аппаратные (время процессора, оперативная память, прерывания, периферия, каналы связи) и программные (программный код, данные, сообщения). Всё что не входит в задачи ОС – прикладные задачи, а что входит – системные.

М одуль управления прикладными задачами обеспечивает им доступ к ресурсам. Назовём его ядром ОС. А ядро, избавленное от каких-либо функций кроме основных, будем называть микроядром.

Драйверы – посредники между ядром и аппаратным обеспечением. Программы, переводящие команды в язык, понятный ядру.

ОС должна предоставлять прикладным задачам набор сервисов, необходимых для функционирования. API (Application Platform Interface).

Кроме того, в состав ОС должна входить простейшая оболочка для управления (кококонсоль).

Описанная нами ОС является идеальной с точки зрения переносимости (всего лишь сменить драйвера), разработки программ (разработчик связан только API) и масштабируемости (набор модулей). С другой стороны, такая ОС будет иметь проблемы с быстродействием, так как ядро и драйверы будут разными модулями, а взаимодействие между модулями является более сложной задачей и чревато большим количеством ошибок, чем в элементах одного модуля.

Для повышения быстродействия в состав единого модуля ядра ОС включают наиболее важные драйверы устройств и прикладные программы. Такая ОС обладает ограниченной масштабируемостью и переносимостью, зато является более производительной на той аппаратной платформе и для того круга задач, для которых делалась. Такое ядро является монолитным.

Отличия ОС реального времени от ОС общего назначения

Основная задача ОСРВ – получение результата в определённый срок. А основная задача ОСОН – недопущение бесполезного использования ресурсов. А основное отличие между ними – в алгоритме управления прикладными задачами.

Есть и другие отличия:

1) наличие у ОСРВ масштабируемости. Для ОСРВ недопустимо наличие в рабочей сборке неиспользуемых модулей;

2) чёткое разграничение в ОСРВ средств разработки и средств исполнения.

Механизмы разработки сценариев для системы

Система приоритетов и алгоритмов распределения ресурсов между задачами.

В ОСОН используются различные модификации алгоритма кругового планирования, основанные на понятии непрерывного кванта времени: планировщик по истечению каждого кванта времени просматривает очередь задач и выдаёт очередь на основе приоритета. Приоритеты могут быть фиксированными или нет.

В ОСРВ круговых алгоритмов в чистом времени нет. В течение кванта времени процессом владеет только одна задача. Планировщики должны иметь возможность сменить задачу в течение кванта времени, если возникает необходимость.

Межзадачное взаимодействие

Набор средств синхронизации задач и их взаимодействия. Семафоры, мьютексы, события, сигналы, средства работы с разделяемой памятью.

Семафор – объект, задающий количество задач, имеющих одновременный доступ к некоторому ресурсу. Бывают двоичными (для защиты ресурса, который может использоваться только одной задачей) и счётными (когда задач несколько).

ЗАКОЧАДЬ лекцию можно тут ohapkin.ru/rtos.html