Гордеев А.В. Операционные системы (2-е изд., 2004) (1186250), страница 91

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 91)

По существу, сеть из машин с операционными системами QNX действует какодин мощный компьютер. Любые ресурсы (модемы, диски, принтеры) могут бытьдобавлены к системе простым их подключением к любой машине в сети. QNX обес­печивает возможность одновременной работы в сетях Ethernet, Arcnet, Serial и To­ken Ring, более одного пути для связи и балансировку нагрузки в сетях. Если ка­бель или сетевая плата выходит из строя и связь через эту сеть прекращается,система автоматически перенаправит данные через другую сеть.

Все это происходитв режиме подключения (on-line), предоставляя пользователю автоматическую се­тевую избыточность и увеличивая эффективность взаимодействия во всей системе.Каждому узлу в сети соответствует уникальный целочисленный идентификатор —логический номер узла. Любой поток выполнения в сети QNX имеет прозрачныйдоступ (при наличии достаточных привилегий) ко всем ресурсам сети; то же самоеотносится и к взаимодействию потоков. Для взаимодействия потоков, находящихсяна разных узлах сети, используются те же самые вызовы ядра, что и для потоков,выполняемых на одном узле. В том случае, если потоки находятся на разных узлахсети, ядро переадресует запрос менеджеру сети.

Для обмена в сети используетсянадежный и эффективный протокол транспортного уровня FLEET. Каждый изузлов может принадлежать одновременно нескольким QNX-сетям. В том случае,если сетевое взаимодействие может быть реализовано несколькими путями, дляпередачи выбирается менее загруженная и более скоростная сеть.Сетевое взаимодействие является узким местом в большинстве операционныхсистем и обычно создает значительные проблемы для систем реального времени.Для того чтобы обойти это препятствие, разработчики операционной системы QNXсоздали собственную специальную сетевую технологию FLEET и соответствую­щий протокол транспортного уровня FTL (FLEET Transport Layer).

Этот прото­кол не базируется ни на одном из распространенных сетевых протоколов вродеIPX или NetBios и обладает рядом качеств, которые делают его уникальным. Ос­новные его качества зашифрованы в аббревиатуре FLEET, которая расшифровы­вается следующим образом:Q Fault-Tolerant Networking — QNX может одновременно использовать несколь­ко физических сетей, при выходе из строя любой из них данные будут «на лету»перенаправлены через другую сеть;• Load-Balancing on the Fly — при наличии нескольких физических соединенииQNX автоматически распараллеливает передачу пакетов по соответствующимсетям;Сетевая операционная система реального времени QNX347• Efficient Performance — специальные драйверы, разрабатываемые фирмой QSSLдля широкого спектра оборудования, позволяют использовать это оборудова­ние с максимальной эффективностью;a Extensable Architecture — любые новые типы сетей могут быть поддержаныпутем добавления соответствующих драйверов;О Transparent Distributed Processing — благодаря отсутствию разницы между пе­редачей сообщений в пределах одного узла и между узлами нет необходимостивносить какие-либо изменения в приложения, для того чтобы они могли взаи­модействовать через сеть.Благодаря технологии FLEET сеть компьютеров с операционными системами QNXфактически можно представлять как один виртуальный суперкомпьютер.

Все ре­сурсы любого из узлов сети автоматически доступны другим, и для этого не нужносоздавать никаких дополнительных механизмов с использованием технологииRPC. Это значит, что любая программа может быть запущена на любом узле, при­чем ее входные и выходные потоки могут быть направлены на любое устройствона любых других узлах [18].Например, утилита make в операционной системе QNX автоматически распарал­леливает компиляцию пакетов из нескольких модулей на все доступные узлы сети,а затем собирает исполняемый модуль по мере завершения компиляции на узлах.Специальный драйвер, входящий в комплект поставки, позволяет использоватьдля сетевого взаимодействия любое устройство, с которым может быть ассоции­рован файловый дескриптор, например последовательный порт, что открываетвозможности для создания глобальных сетей.Достигаются все эти удобства за счет того, что поддержка сети частично обеспечи­вается и микроядром (специальный код в его составе позволяет операционнойсистеме QNX фактически объединять все микроядра в сети в одно ядро).

Разуме­ется, за такие возможности приходится платить тем, что мы не можем получитьдрайвер для какой-либо сетевой платы от кого-либо еще, кроме фирмы QSSL,то есть использоваться может только то оборудование, которое уже поддержива­ется. Однако ассортимент такого оборудования достаточно широк и периодиче­ски пополняется новейшими устройствами.Когда ядро получает запрос на передачу данных процессу, находящемуся на уда­ленном узле, он переадресовывает этот запрос менеджеру Net, в подчинении кото­рого находятся драйверы всех сетевых карт.

Имея перед собой полную картинусостояния всего сетевого оборудования, Net может отслеживать состояние каж­дой сети и динамически перераспределять нагрузку между ними. В случае, когдаодна из сетей выходит из строя, поток данных автоматически перенаправляетсяв другую доступную сеть, что очень важно при построении высоконадежных сис­тем. Кроме поддержки собственного протокола, Net обеспечивает передачу паке­тов TCP/IP, SMB (Server Message Block) 1 и многих других, используя то же сетеСетевая технология взаимодействия клиента и сервера, разработанная фирмой IBM и активно ис­пользуемая компанией Microsoft в своих операционных системах. В последнее время компанияMicrosoft стала называть ее CIFS (Common Internet File System).348Глава 10.

Краткий обзор современных операционных системвое оборудование. При этом производительность компьютеров с операционнойсистемой QNX в сети приближается к производительности аппаратного обеспече­ния — настолько малы задержки, вносимые операционной системой.При проектировании системы реального времени, как правило, необходимо обес­1печить одновременное выполнение нескольких приложений. В QNX/Neutrinoпараллельность выполнения достигается за счет использования потоковой моделиPOSIX, в которой процессы в системе представляются в виде совокупности пото­ков выполнения.

Поток является минимальной единицей выполнения и диспет­черизации для ядра Neutrino; процесс определяет адресное пространство для по­токов. Каждый процесс состоит минимум из одного потока. Операционная системаQNX предоставляет богатый набор функций для синхронизации потоков. В отли­чие от потоков, само ядро не подлежит диспетчеризации. Код ядра исполняетсятолько в том случае, когда какой-нибудь поток вызывает функцию ядра, или приобработке аппаратного прерывания.Напомним, что операционная система QNX базируется на концепции передачисообщений.

Передачу и диспетчеризацию сообщений осуществляет ядро системы.Кроме того, ядро управляет временными прерываниями. Выполнение остальныхфункций обеспечивается задачами-администраторами. Программа, желающая со­здать задачу, посылает сообщение администратору задач (модуль task) и блокиру­ется для ожидания ответа.

Если новая задача должна выполняться одновременнос порождающей ее задачей, администратор задач task создает ее и, отвечая, выдаетпорождающей задаче идентификатор созданной задачи. В противном случае ни­какого сообщения не посылается до тех пор, пока новая задача не закончится самапо себе. Тогда в ответе администратора задач будут содержаться конечные харак­теристики закончившейся задачи.Сообщения различаются количеством данных, которые передаются от одной зада­чи точно к другой задаче. Данные копируются из адресного пространства первойзадачи в адресное пространство второй, и выполнение первой задачи приостанав­ливается до тех пор, пока вторая задача не вернет ответное сообщение.

В действи­тельности обе задачи кратковременно взаимодействуют во время выполнения пе­редачи. Ничто, кроме длины сообщения (максимальная длина может достигать64 Кбайт), не заботит QNX при передаче сообщения. Существует несколько про­токолов, которые могут быть использованы для этой цели.Основные операции над сообщениями: послать, получить и ответить, а такженесколько их вариантов для обработки специальных ситуаций.

Получатель всегдаидентифицируется своим идентификатором задачи, хотя существуют способы ас­социировать имена с идентификатором задачи. Наиболее интересные вариантыопераций включают в себя возможность получать (копировать) только первуючасть сообщения, а затем получать оставшуюся часть такими кусками, какие по­требуются. Это может быть полезным, поскольку позволяет сначала узнать длинусообщения, а затем динамически распределить принимающий буфер. Если необ­ходимо задержать ответное сообщение до тех пор, пока не будет получено и обраNeutrino — один из проектов микроядерной ОС.Сетевая операционная система реального времени QNX349ботано другое сообщение, то чтение первых нескольких байтов дает вам компакт­ный «обработчик», через который позже можно получить доступ ко всему сообще­нию.

Таким образом, задача оказывается избавленной от необходимости хранить всебе большое количество буферов.Другие функции позволяют программе получать сообщения только тогда, когдаона уже ожидает их приема, а не блокироваться до тех пор, пока не прибудет сооб­щение. Можно также транслировать сообщение другой задаче без изменения иден­тификатора передатчика. Задача, которая транслировала сообщение, в транзакцииневидима.Кроме того, операционная система QNX обеспечивает объединение сообщенийв структуру данных, называемую очередью.

Очередь сообщений — это просто областьданных в третьей, отдельной задаче, которая временно принимает передаваемое со­общение и немедленно отвечает передатчику. В отличие от стандартной передачисообщений, передатчик немедленно освобождается для того, чтобы продолжить своюработу. Задача администратора очереди — хранить в себе сообщение до тех пор, покаприемник не будет готов прочитать его; делает он это, запрашивая сообщение у ад­министратора очереди.

Характеристики

Список файлов книги