45449

Операционные системы реального времени. Применение. Особенности. Архитектуры операционных систем реального времени. Особенности функционирования ОС РВ. Достоинства и недостатки операционных систем реального времени

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Каждая из архитектур позволяет обеспечивать функционирование задач в режиме реального времени.23: задачи интерфейс прикладных программ И. Достоинства: простота создания простота управления задачами. Недостатки: отсутствие гибкости в системе и возможности управления задачами в процессе функционирования систем; при зацикливании одного из блоков система блокируется и перестает функционировать.

Русский

2013-11-17

399.5 KB

27 чел.

Операционные системы реального времени. Применение. Особенности. Архитектуры операционных систем реального времени. Особенности функционирования ОС РВ. Достоинства и недостатки операционных систем реального времени

ОС реального времени.

Существуют 3 основных архитектуры ОС:

(1) – монолитная,

(2) – на основе микроядра,

(3) – объектно-ориентированная.

Каждая из архитектур позволяет обеспечивать функционирование задач в режиме реального времени.

Монолитная архитектура ОС

Саму ОС можно разделить на 5 основных частей (см. рис.23): задачи, интерфейс прикладных программ (И.П.П.), собственно ОС или ее ядро, драйверы (Д.), аппаратные средства (А.С.).

Самым простым примером является ОС DOS.

Достоинства: простота создания, простота управления задачами.

Недостатки: отсутствие гибкости в системе и возможности управления задачами в процессе функционирования систем; при зацикливании одного из блоков система блокируется и перестает функционировать.

Архитектура на базе микроядра

 


Принцип децентрализации функций ОС

Все базовые функции – задача микроядра, то есть запуск системы, управление доступом к аппаратным средствам и т.д. Все остальные функции выделены в отдельные менеджеры. Каждый менеджер выполняет строго определённые функции.

Достоинства: более гибкая система

Недостатки: каждая задача зависит от микроядра и от его реализации.

Большинство операционных систем РВ реализовано на базе микроядра (QNX и т.д.)

Объектно-ориентированная архитектура

Вводится понятие объекта. Объект для ОС – это задача. Для каждой задачи была предложена реализация ядра пользователя. Каждый элемент архитектуры может взаимодействовать с любым другим. Виды и характер воздействия определяется конфигурацией ОС.

Каждая программа включает микроядро, которое обеспечивает выполнение основных функций, распределение приоритетов, загрузка задач и обеспечение взаимодействия с другими задачами. Взаимодействие с другими данными через потоки (обеспечивает передачу информации между программами и др.), то есть это буфер для обмена информацией. Для взаимодействия всех компонентов системы был реализован модуль «почтовый ящик». Это буфер системы (обеспечивает приём, обработку и передачу информации между компонентами). «Почтовый ящик» является сервером, он функционирует по запросу от других компонентов. Характер взаимодействия компонентов не влияет на «почтовый ящик» и другие модули.


Особенности функционирования операционных СРВ.

Ядро ОС обеспечивает выполнение следующих функций:

  1.  Планирование задач.
  2.  Синхронизация задач.
  3.  Межзадачная коммуникация.
  4.  Управление памятью.

Вспомогательные элементы:

  •  Файловая система.
  •  Сетевая поддержка.
  •  Интерфейс с оператором.

Задача – готовая к выполнению программа, участвующая в вычислительном процессе.

Цель менеджера задач – определение последовательности выполнения задач пользователя. У менеджера задач есть ряд функций, которые называются функции ядра:

  1.  Планирование задач.
    1.  Циклическое планирование. Все задачи одна за другой. Нет возможности изменения функционирующей задачи по приоритетам.

1.2.1. Разделение времени на равные интервалы. Для каждой задачи выделяется интервал времени. Если задача не закончила своё исполнение в интервале, то выполняется в следующем доступном интервале (псевдопараллельное исполнение задач). Реальное параллельное выполнение задач возможно только при нескольких процессорах (вычислительных узлах).

1.2.2. Разделение времени с вытеснением. Разделение по времени, но при появлении более высокоприоритетной задачи более низкоприоритетная задача вытесняется.

2. Назначение приоритетов (см. алгоритм планирования).

3. Синхронизация задач – обеспечение согласованности действий программ на вычислительном узле.

Синхронизируются:

  •  Связанность задач (то есть логическая последовательность задач).
  •  Обеспечение доступа к общим ресурсам.
  •  Обеспечение синхронизации с внешними событиями.
  •  Обеспечение синхронизации по времени.

Связанность задач определяет последовательность функций реального объекта. Каждое действие в системе должно происходить последовательно в зависимости от предыдущих действий, должна сохраняться история. Для этих целей используется «почтовый ящик» - буфер и сортировщик сообщений. Принцип связности реализуется как алгоритм функционирования системы.

Обеспечение доступа к общим ресурсам необходимо для того, чтобы обеспечить доступ к разделяемым ресурсам для всех задач. Это физическое устройство или область памяти.

Проблемы возникают при использовании алгоритма «с вытеснением».

  •  Если одна из задач захватит ресурс и не обеспечит доступ для всех остальных или не успеет выполнить все действия на устройстве, то возникают ошибки функционирования, связанные с «гонками». Их можно обнаружить только в процессе эксплуатации системы.

Способы решения проблем гонок.

1. Создание сервера ресурса, то есть задачи, отвечающей за доступ к ресурсу. Она обеспечивает планирование последовательности выполнения.

2. Запрет прерывания доступа к ресурсу на время его использования.

3.  Принцип «семафора».

Реализация проблем «гонок» осуществляется в критических секциях – участках кода программ, где происходит обращение к разделяемым ресурсам. Для решения можно реализовать несколько потоков и только 1 поток отвечает за доступ к ресурсу.

  •  Вторая проблема – «смертельный захват» (DeadLock). Возникает, если задачи не поделили между собой ресурс.

Пример:

Задача А  →  дисплей  →  клавиатура

Задача В  →  клавиатура  →  дисплей

              захват              требует

задачи зашли в тупик. Ситуация DeadLock.

Способы решения проблемы:

  1.  Принцип «либо всё, либо ничего». Только одна задача может претендовать на ресурсы. Вторая задача ожидает доступа только после освобождения обоих ресурсов первой задачей.
  2.  Организация сервера для доступа к ресурсу.
  3.  При требованиях доступа к занятому ресурсу задача, требующая ресурс отключается и ждёт выполнения задачи В.
    •  «Инверсия приоритетов» - это ситуация, при которой задача с более высоким приоритетом не может выполняться из-за задачи с более низким приоритетом.

Пример:

А – высокоприоритетная задача.

В – среднеприоритетная задача.

С – низкоприоритетная задача.  

С → захватывает ресурс.

В → выполняется.

С → останавливается (ресурс захвачен).

А → пытается захватить ресурс и останавливает В, но С уже захватила ресурс. В не выполнится пока А не выполнится.

Решение:

1. Сервер ресурсов. Выполняется задача с самым высоким приоритетом, и доступ к ресурсам будет освобождаться.

2. Перераспределение ресурсов. Ресурс выделяется той задаче, которая начинает выполняться в данный момент.

Для оптимизации поведения системы (выполнение алгоритма и не возникновение опасных ситуаций) необходимо для каждого ресурса выделить свой сервер с заданным приоритетом и методом доступа, который обеспечит взаимодействие ресурсов и задач.

Наименее проблемная архитектура по обеспечению доступа к ресурсам – это объектно-ориентированная (из-за буфера – «почтового ящика» и микроядра).

Достоинства и недостатки ОС РВ

Недостатки:

1. Узко определенная поддержка промышленных контроллеров

2. Отсутствие поддержки производителей контроллеров за исключением Intel

3. Высокая стоимость прикладного ПО ОС РВ

4. Отсутствие связи с производителями прикладного ПО

Достоинства:

1. Универсальность подхода (разработчику не требуется создавать собственную ОС и разрабатывать ПО)

2. все другие достоинства зависят от конкретной реализации систем, в т.ч. своевременность выполнения задачи.

Вывод: Наиболее популярными и широко используемыми ОС РВ являются те системы, которые поддерживают большое количество платформ и их применение ориентировано на большое количество услуг для конечных пользователей. Основной фактор применения ОС РВ заключается в необходимости использования своевременности получения результатов, следовательно, самая используемая система OS-9 и OS-9000.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

76549. Методика изучения раздела «Состав слова и словообразование». Цели, задачи, методы обучения 31 KB
  Методика изучения раздела Состав слова и словообразование. ЛЕКЦИИ: В процессе изучения морфемики и словообразования формируются след уменияученик научится: делить слова на морфемы на основе смыслового грам и словообр анализа слова различать способы словообразования анализировать и самостоятельно составлять словообр пары и словообр цепочки применять знания и умения по морфемики и словообр в практике правописания Чему сможет научиться: характеризовать словообр цепочки и словообр гнезда устанавливать смысловой и структурной связи...
76550. Методика обучения морфологии. Цели, задачи, методы обучения 30 KB
  В школьной практике изучается морфология на синт основе то есть главное внимание уделяется условию и характеру употребления словоформ в разных стилях и жанрах речи формированию умения школьников целесообразно использовать слова разных частей речи в построении связанного высказывания. Все словоформы русского языка систематизированы и объединены в части речи которые в школе рассматриваются с точки зрения структурно семантического принципа значения формы и функции слова. Цели: формирование понятия морф система русского языка обогащение...
76551. Методика обучения синтаксису. Цели, задачи, методы обучения 30.5 KB
  Основными единицами являются словосочетание и предложения. Изучение начинается в 5 классе когда рассматривают словосочетание и предложения в пропедовтическом вводный курс курсе: Словосочетание: Обладает номинативной функцией но в отличии от слова характеризует предмет или явление более развернуто. Предложение: школьники знакомится с понятием грамматическая основа предложения однородными членами предложения с постановкой знаков препинания в однородных. Главные члены предложения.
76552. Методика обучения орфографии 34.5 KB
  Методика обучения орфографии. Принципы обучения орфографии: Морфологический принцип во всех словах морфемы пишутся одинаково независимо от их произношения. Целью обучения орфографии в школе является формирование относительной грамотности учащихся т. Содержание обучения орфографии составляет орфографическая теория или орфографические понятия и орфографические умения.
76553. Методика обучения пунктуации 28.5 KB
  Методика обучения пунктуации. Методика обучения пунктуации. Основная цель обучения пунктуации в школе научить учащихся применять те правила пунктуации которые в их обыденности являются базой русской пунктуации. Усвоение этих правил создает хорошую основу для осуществления этих целей развернуть углубленную и разностороннюю по усвоению учащихся пунктуации как средство помогающего передать на письме оценки мыслей и чувств которые в звучащей речи передаются интонационно или очевидно вытекают из ситуации общения.
76554. Методика обучения стилистике 35.5 KB
  Содержание: Функциональный стиль: теория: класс; закрепление углубление жанры:; обобщение и систематизация. Основные теоретические понятия: Стиль способ использования единиц языка в процессе общения. Функциональный стиль разновидность литературной речи которая выполняет функцию определяемую условиями речевого общения. Каждый функциональный стиль имеет определенную сферу употребления конкретные функции и характеризуется специальными языковыми средствами.
76555. Обогащение словарного запаса учащихся на уроках русского языка 32 KB
  Обогащение словарного запаса учащихся на уроках русского языка. Цель формирование представлений о лексико фразеологической системе русского языка; знакомство с лексическими нормами русского литературного языка; обогащение словарного запаса учащихся; Задачи: формирование основных лексических понятий знакомство с разными способами пополнения словарного запаса научить школьников определять роль лексических и фразеологических единиц речи сформировать умение школьников использовать лексику и фразеологизмы в соответствии с лексическим...
76556. Обогащение грамматического строя речи учащихся 28.5 KB
  Такое синтаксическое перестроение предложения приводит к большей морфологической вариативности: растет употребление форм косвенных падежей непредикативных форм глагола союзов и других показателей логических связей между частями предложения. Во-первых изучаются смысловые выразительные и стилистические возможности употребления грамматических форм слов: 1 переносное употребление грамматических форм время наклонение глагола в несвойственных им значениях 2 нереферентное Употребления запрещающие использовать отличия одного объекта от...
76557. Речеведческие понятия и методика работы с ними. Текст как основная единица обучения русскому языку 30 KB
  Текст как основная единица обучения русскому языку. Результатом этой речевой деятельности является речевое произведение или текст. Главная единица речи текст. Текст это группа предложений объединенных в целое темой и основной мыслью.