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

15 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

72846. Классификация энергетических загрязнений. Естественный фон. Понятие о шумах. Источники шума естественного и техногенного происхождения. Биологическое действие шумов. Нормирование шумов 64 KB
  В окружающую среду поступают энергетические загрязнения в виде шума вибрации электромагнитных долей радиоактивных излучений. Источники: Источники шума в окружающей человека среде могут быть разбиты на две большие группы: внешние и внутренние.
72847. Смог (восстановительный и окислительный). Условия образования смога и методы борьбы с ним 62 KB
  Именно жители английской столицы первыми столкнулись с проблемами связанными с загрязнением городского воздуха. Загрязнение воздуха могут вызывать и входящие в состав топлива примеси в первую очередь соединения серы.
72848. Кислотные осадки. Источники образования и негативное воздействие на биологические объекты 60.5 KB
  Химический анализ кислотных осадков показывает присутствие серной (H2SO4) и азотной ( HNO3) кислот. Наличие серы и азота в этих формулах показывает, что проблема связана с выбросом данных элементов в атмосферу.
72849. Озон и его свойства. Механизм образования и разрушения озонового слоя. Защитные свойства атмосферы от действия УФИ 61 KB
  Эти процессы компенсируются быстрыми реакциями обратного соединения атомов в молекулы поэтому концентрации атомов O и N ниже 100 км очень малы. Но лишь примерно со 100 км атомарный кислород становится одним из основных компонентов атмосферы а на высоте около 150 км концентрации...
72850. Взаимоотношения природы и общества. Парниковые газы и парниковый эффект. Возможные последствия (глобальное изменение климата). Киотский протокол 63 KB
  Взаимодействие общества и природы как естественный и объективный процесс необходимое условие существования человека проявляется в двух основных формах. Использование природных ресурсов выступая одной из форм взаимодействия общества и природы обеспечивает экономические интересы общества.
72852. Понятия ареала, заказника, заповедника, национального парка, ботанического сада. Правовой режим особо охраняемых природных территорий (ООПТ). Правовой режим экологически неблагополучных территорий (зоны чрезвычайной экологической ситуации и зоны экологиче 65.5 KB
  Заповедник - особо охраняемая территория или акватория полностью или частично исключённая из хозяйственного использования в целях сохранения природных комплексов охраны видов животных и растений а также наблюдения за природными процессами;...
72853. Ресурсы окружающей среды. Классификация ресурсов. Законодательство об охране земельных ресурсов, флоры и фауны 66 KB
  Природные ресурсы (естественные ресурсы) - элементы природы, часть всей совокупности природных условий и важнейшие составляющие природной среды, которые употребляются (или могут быть использованы) при данном уровне развития производительных сил для ублажения разнообразных...