2009 overview ИУС РВ (1185197), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Данные часто необходимы для работы другихпрограмм или нужны системе для выполнения каких-либо своих функций. Во многих системахпредусмотрен доступ к общим разделам памяти. Широко распространена организация очередиданных. Применяется много типов очередей, каждый из которых обладает собственнымидостоинствами.Обработка запросов внешних устройств. Каждая прикладная программа в реальномвремени связана с внешним устройством определенного типа. Ядро должно обеспечиватьслужбы ввода/вывода, позволяющие прикладным программам осуществлять чтение с этихустройств и запись на них. Для приложений реального времени обычным является наличиеспецифического для данного приложения внешнего устройства. Ядро должно предоставлятьсервис, облегчающий работу с драйверами устройств.
Например, давать возможность записи наязыках высокого уровня - таких, как Си или Паскаль.Обработка особых ситуаций. Особая ситуация представляет собой событие,возникающее во время выполнения программы. Она может быть синхронной, если еевозникновение предсказуемо, как, например, деление на нуль. А может быть и асинхронной,если возникает непредсказуемо, как, например, падение напряжения. Предоставлениевозможности обрабатывать события такого типа позволяет прикладным программам реальноговремени быстро и предсказуемо отвечать на внутренние и внешние события.
Существуют дваметода обработки особых ситуаций - использование значений состояния для обнаруженияошибочных условий и использование обработчика особых ситуаций для прерыванияошибочных условий и их корректировки.Кроме того, важнейшей функцией ядра является диспетчеризация (планирование).Планировщик должен определять, какому процессу должно быть передано управление, а такжедолжен определить время, выделяемое каждому процессу.Рассмотрим подробнее, что такое процесс. Процесс – это динамическая сущностьпрограммы, ее код в процессе своего выполнения. Имеет: собственные области памяти под код и данные, включая значения регистров исчетчика команд собственный стек собственное отображение виртуальной памяти (в системах с виртуальнойпамятью) на физическую собственное состояние.Процесс может находиться в одном из следующих типичных состояний: «остановлен» - процесс остановлен и не использует процессор (например, втаком состоянии процесс находится сразу после создания) «терминирован» - процесс терминирован и не использует процессор (например,процесс закончился, но еще не удален операционной системой) «ждет» - процесс ждет некоторого события (им может быть аппаратное илипрограммное прерывание, сигнал или другая форма межпроцессноговзаимодействия) «готов» - процесс не остановлен, не терминирован, не ожидает, не удален, но ине работает (например, процесс не может получить доступ к процессору, если вданный момент выполняется другой, более высокоприоритетный процесс) «выполняется» - процесс выполняется и использует процессор.
В ОСРВ этообычно означает, что этот процесс является самым приоритетным среди всехпроцессов, находящихся в состоянии «готов»Рассмотрим более подробно состояния процесса и переходы из одного состояния в другое.121213731214541131651578646910Состояния:1. не существует2. не обслуживается3. готов4. выполняется5. ожидает ресурс6. ожидает назначенное время7. ожидает событияПереходы:1. переход 1-2создание процесса2.
переход 2-1уничтожение процесса3. переход 2-3активизация процесса диспетчеромдеактивизация процесса4. переход 3-25. переход 3-4загрузка на выполнение процесса диспетчером6. переход 4-3требование обслуживания от процессора другим процессом(preemption – приоритетное переключение)7.
переход 4-2завершение процесса8. переход 4-5блокировка процесса до освобождения требуемого ресурсаблокировка процесса до истечения заданного времени9. переход 4-610. переход 4-7блокировка процесса до прихода события11. переход 2-6активизация процесса приводит к ожиданию временной задержки12. переход 2-7активизация процесса приводит к ожиданию события13. переход 2-5активизация процесса приводит к ожиданию освобождения ресурса14.
переход 5-3активизация процесса из-за освобождения ожидавшегося ресурса15. переход 6-3активизация процесса по истечении заданного времени16. переход 7-3активизация процесса из-за прихода ожидавшегося событияТаким образом, каждый процесс имеет свой жизненный цикл, состоящий из 4 стадий:1. создание2. загрузка3. выполнение4. завершение.Создание процесса обычно состоит из присвоения новому процессу идентификаторапроцесса и подготовки информации, которая определяет окружение процесса.Загрузка процесса означает загрузку в память кода процесса.После того, как код программы загружен, процесс готов к выполнению.
Он начинаетконкурировать с другими процессами за ресурсы процессора. Процесс может выполняться, аможет блокироваться по тем или иным причинам.Завершение процесса означает освобождение всех ресурсов, выделенных процессу –файловых дескрипторов, памяти и т.д.Модель потока базируется на двух независимых концепциях: группировании ресурсов ивыполнении программы. С одной стороны, процесс можно рассматривать как способгруппирования родственных ресурсов в одну группу. У процесса есть адресное пространство,содержащее текст программы и данные, а также другие ресурсы.
Ресурсами могут бытьоткрытые файлы, обработчики сигналов, учетная информация и многое другое. С другойстороны, процесс можно рассматривать как поток исполняемых команд, или просто поток. Употока есть счетчик команд, отслеживающий порядок выполнения действий. У него естьрегистры, в которых хранятся текущие переменные.
У него есть стек, содержащий протоколвыполнения процесса, где на каждую процедуру, вызванную, но еще не вернувшуюся, отведенотдельный фрейм. У процесса есть свое состояние. Потоки одного процесса выполняются водном адресном пространстве, используют одни и те же глобальные переменные, ресурсы..Таким образом, процессы используются для группирования ресурсов, а потоки являютсяобъектами, поочередно выполняющимися на процессоре.Каждому процессу и каждому потоку в ОСРВ приписывается некоторое число,называемое приоритетом. Чем больше это число, тем важнее процесс или поток. Приоритетможет быть фиксированным (назначается при создании процесса и не меняется в течение егожизни). В зависимости от алгоритмов планирования приоритет также может изменяться втечение жизни.Планирование задач. Алгоритмы планирования без переключения и с переключением.
Схемыназначения приоритетов. FIFO диспетчеризация. Карусельная диспетчеризация. Адаптивнаядиспетчеризация.Определение. Планировщик задач- это модуль (программа), отвечающий заразделение времени имеющихся процессоров между выполняющимися задачами. Отвечает закоммутацию задач из состояния блокировки в состояние готовности, и за выбор задачи (задач по числу процессоров) из числа готовых для исполнения процессором.Ключевым вопросом планирования является выбор момента принятия решения:Во-первых, когда создается новый процесс, необходимо решить, какой процессзапустить, родительский или дочерний. Поскольку оба процесса находятся в состоянииготовности, эта ситуация не выходит за рамки обычного и планировщик может запуститьлюбой из двух процессов.Во-вторых, планирование необходимо, когда процесс завершает работу. Этот процессуже не существует, следовательно, необходимо из набора готовых процессов выбрать изапустить следующий.В-третьих, когда процесс блокируется по какой-либо причине, необходимо выбрать изапустить другой процесс.В-четвертых, решение по диспетчеризации должно приниматься после разблокировкипроцесса.В-пятых, планировщик может принимать решение по истечении кванта времени,отпущенному процессу.Алгоритмы планирования можно разделить на две категории согласно их поведениюпосле прерываний.
Алгоритмы планирования без переключений, иногда называемоготакже неприоритетным планированием, выбирают процесс и позволяют ему работатьвплоть до блокировки либо вплоть до того момента, когда процесс сам не отдастпроцессор. Процесс не будет прерван, даже если он работает часами. Соответственно,решения планирования не принимаются по прерываниям от таймера. После обработкипрерывания таймера управление всегда возвращается приостановленному процессу.Напротив, алгоритмы планирования с переключениями, называемого такжеприоритетным планированием, выбирают процесс и позволяют ему работать некотороемаксимально возможное время. Если к концу заданного интервала времени процесс все ещеработает, он приостанавливается и управление переходит к другому процессу.Приоритетное планирование требует прерываний по таймеру, происходящих в концеотведенного периода времени (решения планирования могут, например, приниматься прикаждом прерывании по таймеру, или при каждом k-ом прерывании), чтобы передатьуправление планировщику.Напомним, что приоритетом называется число, приписанное операционной системой (аименно, планировщиком задач) каждому процессу и задаче.
Существуют несколько схемназначения приоритетов.• Фиксированные приоритеты - приоритет задаче назначается при ее создании и неменяется в течение ее жизни. Эта схема с различными дополнениями применяется вбольшинстве систем реального времени. В схемах планирования ОСРВ часто требуется,чтобы приоритет каждой задачи был уникальным, поэтому часто ОСРВ имеют большоечисло приоритетов (обычно 255 и более).• Турнирное определение приоритета - приоритет последней исполнявшейся задачипонижается.• Определение приоритета по алгоритму round robin - приоритет задачи определяетсяее начальным приоритетом и временем ее обслуживания. Чем больше задача обслуживаетсяпроцессором, тем меньше ее приоритет (но не опускается ниже некоторого пороговогозначения).
Эта схема в том или ином виде применяется в большинстве UNIX систем.Отметим, что в разных системах различные алгоритмы планирования задач могутвводить новые схемы изменения приоритетов. Например, в системе OS-9 приоритетыожидающих задач увеличиваются для избежания слишком больших времен ожидания.Как видно из рисунка, процессы A-F находятся в состоянии готовности. Процессы G-Zблокированы. Процессы A, B, C имеют наивысший приоритет. Поэтому именно эти процессыбудут разделять процессор в соответствии с алгоритмами диспетчеризации. Рассмотрим их.«Первым пришел – первым обслужен» (алгоритм FIFO).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
