24514

Планирование в системах реального времени

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Планирование облегчается тем что в системах реального времени весь набор выполняемых задач известен заранее часто также известно времени выполнения задач моменты активизации и т. Если нарушение сроков выполнения задач не допустимо то система реального времени считается жесткой система управления ракетой или атомной электростанцией система обработки цифрового сигнала при воспроизведении оптического диска. Для периодической задачи все будущие моменты запроса можно определить заранее путем прибавления к моменту начального запроса величины...

Русский

2013-08-09

20.19 KB

22 чел.

Вопрос 19. Планирование в системах реального времени.

§4.2.6.Планирование в системах реального времени.

В системах реального времени планирование имеет особое значение, поскольку время реакции на сигналы управляемого объекта не должно превышать заданное значение. Планирование облегчается тем, что в системах реального времени весь набор выполняемых задач известен заранее, часто также известно времени выполнения задач, моменты активизации и т. д. Эти данные могут быть использованы для создания статического расписания или для построения адекватного алгоритма динамического планирования.

При разработке алгоритмов планирования учитывают, какие последствия возникают при несоблюдении временных ограничений. Если нарушение сроков выполнения задач не допустимо, то система реального времени считается жесткой (система управления ракетой или атомной электростанцией, система обработки цифрового сигнала при воспроизведении оптического диска). Если нарушения временного графика нежелательны, но допустимы, то система реального времени считается мягкой (система продажи билетов).

Внешние события, на которые система должна реагировать, можно разделить на периодические (возникающие через регулярные интервалы времени) и непериодические (возникающие непредсказуемо). Для периодической задачи все будущие моменты запроса можно определить заранее путем прибавления к моменту начального запроса величины, кратной известному периоду. Возможно наличие нескольких периодических потоков событий, которые система должна обрабатывать.

Все периодические задачи могут быть своевременно обработаны однопроцессорной системой только при выполнении условия:

,

где tобр i – время обработки i-го события процессором;

Ti – период возникновения i-го события;

m – число событий.

Системы реального времени, удовлетворяющие этому условию, называются поддающимися планированию или планируемыми. Для таких систем может быть составлено статическое расписание выполнения задач.

В жестких системах реального времени время завершения выполнения каждой из критических задач должно быть гарантировано для всех возможных сценариев работы системы. Это может быть достигнуто следующими путями:

- исчерпывающее тестирование всех возможных сценариев поведения управляемого объекта и управляющих программ;

- построением статического расписания (для планируемых задач);

- выбором математически обоснованного динамического алгоритма планирования.

Выполняемые задачи могут быть зависимыми и независимыми. Для независимых задач планирование производить проще. При большом числе независимых задач проще организовать их многопроцессорную обработку, чем организовывать мультипрограммное выполнение этих задач на одном компьютере, так как при этом значительно возрастает сложность программного обеспечения.

Обычно одновременно выполняющиеся задачи являются зависимыми, поскольку должны обмениваться информацией и получать доступ к общим данным для достижения общей цели системы. Проблема планирования зависимых задач очень сложна, нахождение ее оптимального решения требует больших вычислительных ресурсов, сравнимых с теми, которые требуются для собственно выполнения задач управления. При планировании зависимых задач следует учитывать ограничения на синхронизацию и последовательность выполнения задач, обусловленные взаимными исключениями (запрет выполнения некоторых задач в течение определенных периодов времени).

Классический динамический алгоритм для жестких систем реального времени с одним процессором использует вытесняющую многозадачность и основан на относительных статических (неизменяемых в течение жизни задачи) приоритетах. Суть алгоритма состоит в том, что всем задачам назначаются статические приоритеты в соответствии с величиной их периодов выполнения. Задача с самым коротким периодом получает наивысший приоритет, а задача с наибольшим периодом выполнения получает наименьший приоритет. При соблюдении всех ограничений этот алгоритм гарантирует выполнение временных ограничений для всех задач во всех ситуациях.

Если же периоды повторения задач кратны периоду выполнения самой короткой задачи, то требование к максимальному коэффициенту загрузки процессора смягчается – он может доходить до 1.

Существуют также алгоритмы с динамическим изменением приоритетов, которые назначаются в соответствии с такими текущими параметрами задачи как, например, конечный срок выполнения. При назначении задачи на выполнение в качестве очередной выбирается та задача, у которой текущее значение разницы между конечным сроком выполнения и временем, требуемым для ее непрерывного выполнения, является наименьшим.

Моменты перепланировки.

Для реализации алгоритма планирования ОС должна получать управление всякий раз, когда в системе происходит событие, требующее перераспределения процессорного времени. К таким событиям относятся:

Прерывание от таймера, сигнализирующее, что время, отведенное активной задаче на выполнение, закончилось. Планировщик переводит задачу в состояние готовности и выполняет перепланирование.

Активная задача выполнила системный вызов, связанный с запросом на ввод-вывод или на доступ к ресурсу, который в настоящий момент занят. Планировщик переводит задачу в состояние ожидания и выполняет перепланирование.

Активная задача выполнила системный вызов, связанный с освобождением ресурса. Планировщик проверяет, не ожидает ли этот ресурс какая-либо задача. Если да, то эта задача переводится из состояния ожидания в состояние готовности. При этом, возможно, что задача, которая получила ресурс, имеет более высокий приоритет, чем текущая активная задача. После перепланирования более приоритетная задача получает доступ к процессору, вытесняя текущую задачу.

Внешнее (аппаратное) прерывание, которое сигнализирует о завершении периферийным устройством операции ввода-вывода, переводит соответствующую задачу в очередь готовых, и выполняется планирование.

Внутреннее прерывание сигнализирует об ошибке, которая произошла в результате выполнения активной задачи. Планировщик снимает задачу и выполняет перепланирование.

При возникновении каждого из этих событий планировщик выполняет просмотр очередей и решает вопрос о том, какая задача будет выполняться следующей. Помимо указанных существует и ряд других событий (часто связанных с системными вызовами), требующих перепланировки. Например, запросы приложений и пользователей на создание новой задачи или повышение приоритета уже существующей задачи создают новую ситуацию, которая требует пересмотра очередей и, возможно, переключения процессора.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

36578. Концепция типа данных. Тип данных в ТР 29.5 KB
  Тип данных в ТР. Ранее мы познакомились с некоторыми стандартными типами данных: числовыми символьным строковым и булевским. Стандартные типы данных это лишь частный случай общей концепции типа данных Паскаля.
36579. Оператор итерационного цикла ( repeat , while ) 31 KB
  В каждом операторе итерационного цикла будем различать условие и тело цикла повторяющееся действие. Тело цикла whiledo это один оператор записанный после do а для цикла repetuntil тело цикла может быть и последовательностью операторов записанных между repet и until. Если условие есть true выполняется тело цикла и повторно вычисляется значение условия.
36580. Композиция условий и операторов. Оператор условного перехода 32.5 KB
  Оператор условного перехода. Композиция условий и операторов. Простые операторы несмотря на свою важность недостаточны для того чтобы представлять любые алгоритмы задач.
36581. Простые операторы ввода-вывода 33.5 KB
  Эти операторы Турбо Паскаля обеспечивают простейшие формы ввода с клавиатуры и вывода на экран дисплея в текстовом режиме. К простым операторам ввода и вывода относятся операторы red redln write writeln реализующие так называемый потоковый вводвывод при котором ввод и вывод рассматриваются как непрерывный поток символов и строк протекающий через экран дисплея. На экране отображается последняя порция этого потока так что нижняя строка экрана всегда остается свободной для отображения очередной строки вывода вывод идёт в нижнюю строку...
36582. Простые операторы управления вводом-выводом в текстовом режиме 32 KB
  Кроме ввода и вывода потока символов более удобный пользовательский интерфейс может быть обеспечен при использовании вводавывода в текстовом режиме экрана. В Турбо Паскале имеются средства управления вводом с клавиатуры управления курсором вывода на экран управления цветом фона экрана и выводимых символов яркостью символов и ряд других функций в том числе управления звуковым генератором. Установка цвета фона цвета символов и очистка экрана. Модуль CRT допускает использовать в текстовом режиме экрана 16 цветов задаваемых стандартными...
36583. Оператор присваивания 28.5 KB
  Левая часть это переменная любого типа правая часть выражение совместимое по типу с переменной левой части. При выполнении этого оператора вычисляется значение выражения правой части и это значение становится значением переменной левой части. Совместимость левой и правой частей присваивания по типу означает либо равенство типов либо случаи когда тип выражения правой части автоматически преобразуется к типу левой части. Эти случаи автоматического преобразования типов для известных нам стандартных типов исчерпываются следующими:  Тип...
36584. Стандартные типы данных, операции, выражения 48.5 KB
  Целые числа типа integer это числа диапазона 32768 . Константы типа integer обычные целые числа возможно со знаком. Синтаксическое определение целых чисел имеет вид: целое число ::= [ ] { цифра } В отличие от целых чисел вещественные числа типа rel представляются в памяти компьютера приближенно. Константы типа rel числа возможно с дробной частью отделяемой от целой части точкой.
36585. Структура программ на Паскале 36 KB
  Любая программа на Турбо Паскале имеет одну и ту же общую структуру: [ progrm имя программы ; ] [ раздел описаний ] begin раздел операторов end. Эта структура состоит из заголовка программы необязательного раздела описаний который может в особых случаях отсутствовать и раздела операторов содержащего хотя бы один оператор. Имя программы идентификатор выбираемый программистом. В разделе описаний должны быть описаны все нестандартные имена используемые далее в разделе операторов этой программы.
36586. Автоматизация турфирм 31 KB
  Комплексная автоматизация турфирмы позволяет: Автоматизировать оперативный и бухгалтерский учет в турфирмах Автоматизировать оперативную работу с клиентами Формировать турпакет из услуг поставщиков рассчитывать прайслисты и подготавливать электронный и бумажный каталоги цен. Автоматизация туристической деятельности естественным образом приводит к оптимизации бизнеспроцессов. Автоматизация рабочего места в тур. Автоматизация рабочих мест пользователей позволяет: формировать турпакет из услуг поставщиков рассчитывать прайслисты...