Густав Олссон, Джангуидо Пиани - Цифровые системы автоматизации и управления (1087169), страница 101
Текст из файла (страница 101)
Эти процессы используют совм вместпа ресурсы системы, но более или менее независимы друг от друга. Мультипрограммирование (тиЕЕ(ргоигатт(па) или многозадачность (тиЕ«аа« Его«Еппй) екта мохс есть способ одновременного исполнения нескольких процессов. Такого эффект но добиться как для одного, так и для нескольких процессоров: процессы испол сполняются х. В ействп либо на одном, либо на нескольких связанных между собои процессорах.
д тельности многие современные вычислительные системы состоят из нескол ольких прп цессоров, связанных между собой либо сетью передачи данных, либо общ б ей шина" Для записи параллельных процессов можно использовать следующую нотацию Исполнение команд между ключевыми словами еоЬерп и спенс( происходит па„нельно (рис. 10.3). Пара операторных скобок соЬед)п — еоепс( приводит к генерара«Л . „потоков в рамках многозадачной системы.
Оператор соЬей)п не накладывает Ус««и«и вп на относительный порядок исполнения отдельных процессов, а оператор «о«я «с( достигается только тогда, когда все процессы внутри блока завершены. Если соеп „сполненне было последовательным, то окончательное значение переменной х бы« °, „бы равно 3. Для параллельных процессов конечный результат однозначно реп«казать нельзя; задачи выполняются, по крайней мере с внешней точки зрения, в чайной последовательности. Поэтому окончательное значение х в приведенном «рпиере может быть как 1, так и 2 или 3. Рвс.
10лк Граф очередности для операторов еоЬея(п — соепд Иногда в технической литературе термин "параллельное программирование" вспользуется как синоним мультипрограммирования. Однако эти понятия несколько различаются по смыслу. Параллельное программирование — это абстрвктпый процесс разработки программ, которые потенциально могут исполнять- 'в параллельно, вне зависимости от программно-аппаратной среды. Иными словами, предполагается, что каждая задача реализуется на собственном вирту"««пои процессоре. С другой стороны, мультипрограммирование представляет сабо" «бой практический способ исполнения нескольких программ на одном цент««львом процессоре или в распределенной вычислительной системс.
Параллельное и е программирование более трудоемко, сом последовательное, поскольку способно постн человека следить за развитием связанных процессов и исследовать их ввап впмодействие ограничены. П о Рограммирование в реальном времени основано на параллельном программиро'впниив . и включает в себя технику повышения эффективности и скорости исполнения Врос ам Рамы — УпРавление прерываниями, обработку исключений и непосредственное "'пользов времен зование Ресурсов операционной системы. Кроме того, программы реального .ни требуют специальных методов тестирования.
1О.д ' . Управлениесистемными ресурсами 102 2 1. Однопроцессорная и распределенная архитектуры Из-, врни 1з.за снижения стоимости аппаратнон "асти стало экономически целесообраз о тнои час,, н , "менять вычислительные системы с нес"оп«кими процессорами. Мы будем обсузс дать в основном распределенные е системы (сЕ' АсиНЬисесЕзузгетз), которые по своей 421 2 управление системными ресурсами 1О.
420 Глава 10. Программирование систем реального ре цени природе болыпе подходят для управления сложными процессами. К основнь нмм „Р, имуществам распределенных систем относятся; — экономичность; — надежность (при отказе нескольких процессоров остальные продолжаю 'ают работать); — возможность подобрать аппаратные средства в соответствии с конкретн етньащ требованиями. Говоря о распределенной системе, необходимо иметь в виду, каким способоь1 1доо тигается распределение ресурсов. Одна крайность — когда единственным общим нм ре. сурсом является сеть, соединяющая ЭВМ, каждая из которых работает независим мон лишь обменивается сообщениями с остальными. Другая крайность — реально рно пределенная сетевая операционная система, предоставляющая пользователю шиъ генную среду, не зависящую от аппаратной платформы.
Пользователь может нн . дить произвольные команды, а операционная система находит наиболее подходя~дай способ и место их выполнения. Распределенные системы используются в управлении процессами, поскольку зти приложения являются принципиально распределенными и такая архитектуре обеспечивает более полное соответствие между аппаратными и программнынн средствами и управляемым объектом. Пример такого подхода приведен в разделе 9.6. Сложный технологический пропесс можно разбить на несколько уровней, нн каждом из которых собираются и обобщаются (агрегируются) данные, передающиеся на более высокие уровни.
Такой тип распределенной системы отвечает сформулированным выше принципам: она более экономична, чем централизованная с одним процессором, выполняющим все функции (если такой процессор можне создать); она надежна в том смысле, что отказ одного из компонентов не нарушает работу других (при условии, что система хорошо структурирована), и ее можно нн. строить таким образом, чтобы она в максимальной степени соответствовала упраВ' ляемому процессу. Однако чисто аппаратный подход к надежности не решает всех проблем.
В Р Б ас. ависят н пределенной системе процессы, исполпяющиеся на разном оборудовании, завис~~ друг от друга, и от коммуникаций. Если процесс или оборудование водном у зл Р' зле пере ся испол станет работать или возникнут проблемы с коммуникациями, то остановится и его, потом.' нение не только конкретного процесса, но и процес<он, зависящих от него, например, что они ждут ответа на свои вопросы.
ют принц" По сравнению с централизованными распределенные системы треоуют Р пиально иных программных средств, поскольку такие системы тесно св ' связаны сс' и отделы"н' тью. Сетевая операционная система должна управлять как ресурсами "д ЭВМ, так и всей сети. Поэтому функции операционной системы нельзя о д т елятьот функциональных свойств сети, а работа сети оказывает заметное вл ян и ие на работ' распределенной системы. Фактически сетевые операционные системы им еют мног околон (Р уровневую структуру, аналогично стеку коммуникационных прот дел 9.2). ект 'рамн Главным различием между однопроцессорной и распределенной архитектур" яваяется способ обмена информацией между процессами.
Эта процедура н анбол" еменн важна при мультипрограммировании и программировании в реальном вр .' ,оно' Опа будет рассмотрена более подробно ниже в этой главе. В одпопроцессор фигурации обмен данными между процессами происходит через общую локальконф память, очередность доступа к которой регулируется многозадачной операци„уюп цнн ной системой. В отличие от этого, в распределенной системе нет обшей памяти как таковой, и цессы обмениваются информацией с помощью сообщений. Если один процесс црщ яря „,.Нен передать информацию другому, то он формирует сообщение и обращается .
„дугам операционной системы для передачи его по назначению. ' Этот принцип взаимодействия лежит в основе одной из наиболее важных концепции ни распределенных операционных систем — модели "клиент-сервер" (сйепг-кегоег ь1н)) В этой модели процесс либо запрашивает услуги — клиент, либо предоставлят их — сервер. Очевидно, что олин и тот же процесс может быть как клиентом, так и я?нером.
"Услуга" — это некоторая законченная (замкнутая) операция, в частности кннолпение расчетов, прием внешних данных, операция с устройством, например, ьннод изображения на экран. В определенном смысле модель "клиент-сервер" можцо рассматривать как расширенный вариант обращения к подпрограмме, при кото?ни сервер играет роль подпрограммы или системной процедуры.
Модель "клиент-сервер" основана на обмене сообщениями между программами. 6слн клиент и сервер исполняются на разных ЭВМ, а сообщения передаются через сеть, то система является распределенной. Чем больше вычислительные ресурсы процедур клиента и сервера и чем больше сложных функций они могут выполнять независимо, тем меньше число сообщений и, юответственно, нагрузка на сеть. Фактически важным преимуществом распределенных систем является то, что ресурсоемкие вычисления можно выполнять локально и н результате уменьшить объем трафика, поскольку передается только информация, етносящаяся к более высокому абстрактному уровню, чем локальные вычисления, ' е, некоторый итог локальных операций, Иными словами, в хорошо спроектированной системе сообщения содержат информацию о цели (" установить опорное значение х.= 782"), а не о том, какие шаги следует для этого предпринять ("каково значение х в данный момент?", "х = 63", "увеличить на 16", "каково х сейчас?", "х = 79", уменьшить на 1", и т, д.).
Промежуточные шаги выполняются локально при условна, "н что программное обеспечение спроектировано соответствующим образом. 10 2 2 Функции операционных систем в среде реального времени Операционная система (ОС, Орегоггп65укгнгл — ОВ) — это сложный программный нро Р дукт, предназначенный для управления аппаратными и программными ресурса- чн вы ычислительнои системы. Она предоставляет каждому процессу ниртуальную 1НОГНч нческую) среду, включающуьо в себя время процессора и память. "Виртуальная среда" — это концептуальное понятие. Ее характеристики могу~ как совпадатгь так и не совп впадать с параметрами реального оборудования. Многозадачность сейчас доступна почти на всех типах ЭВ М, и ее поддержка яв- няется ся одной из основных характеристик таких операционных систем, как 1)Х1Х и "" 1пбочн,, нн„, оочнз 1ь1Т. В первую очередь многозадачность должна обеспечивать распределен защиту ресурсов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
