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

24343. Признаки постнеклассического этапа развития науки (системные и информационный подход, приципы самоорганизации и универсального эволюционизма) 200.5 KB
  В основе системного подхода как методологии научного познания лежит исследование объекта как системы.Иванов писал что соответственно образуется ветвь онтологических определений системы которые трактуют её как объект реальности наделённый определёнными системными свойствами как целостность обладающую некоторой организующей общностью этого целого. Итак в процессе человеческой деятельности реализация принципа системности может идти по следующим направлениям: Исследуются реально существующие объекты рассматриваемые как системы на...
24344. Этические проблемы науки в конце 20 столетия (общечеловеческая и профессиональная этика, принцип «нейтральности» и ответственности ученого на примере биоэтики – клонирование и трансплантации органов) 175 KB
  197 Этика науки Как отмечалось ранее качественные изменения в развитии человечества в начале XXI века связанные с научнотехническим прогрессом отражаются на жизнедеятельности самого человека и приводят к последствиям глобального характера. Проблема взаимоотношения науки и этики решается в двух тесно связанных между собой аспектах: разработки профессиональной этики ученых и решения учеными вопроса о социальной ответственности научного сообщества за негативные последствия применения результатов научных исследований в практике....
24345. Экологическая этика и ее философские основания. Философия русского космизма. Учение о ноосфере 113.5 KB
  Что касается космистского мировоззрения то оно главным предметом своего познавательного и ценностного отношения делает взаимодействие человека и среды последняя понимается чаще всего как Космос. Спирин русский космизм как универсалистский тип миросозерцания отражающий бытие мира и человека в их единстве в нерасторжимой взаимосвязи микрокосма человека и микрокосма природы Казначеев В. Космопланетарный феномен человека: проблемы комплексного изучения. Хотя русский космизм внутренне исключительно разнообразен и включает полярные по...
24346. Сциентизм и антисциентизм как мировоззренческие позиции о роли науки в развитии общества. Наука и паранаука 95 KB
  В современной культуре отчетливо проявила себя дилемма: сциентизмантисциентизм что имеет непосредственное отношение к проблеме соотношения науки и искусства. Для сциентизма характерно преувеличение роли науки в познании окружающего мира и человека объявление ее вершиной развития культуры убеждение в ненужности других сфер культуры О. Противоположным сциентизму направлением мировозренческой ориентации является антисциентизм основанный на недоверии к возможностям науки и разума на критике научных методов познания.
24347. Роль науки в преодолении современных глобальных кризисов (экологический, энергетический, демографический, угроза локальных и ядерных воин) 141 KB
  Она представляет собой не просто окружающую среду которую можно рассматривать как поле для преобразующей деятельности человека а выступает единым целостным организмом в который включено человечество в качестве специфической подсистемы. Деятельность человека вносит постоянные изменения в динамику биосферы и на современном этапе развития техногенной цивилизации масштабы человеческой экспансии в природу таковы что они начинают разрушать биосферу как целостную экосистему. Третья проблема – это проблема сохранения человеческой личности...
24348. Развитие науки как социального института (признаки, функции). Научные сообщества и их исторические типы 105.5 KB
  175 184 Понятие науки как социального института Научноисследовательская деятельность в обществе носит упорядоченный организованный характер. Цель и назначение науки как социального института – производство и распространение знания разработка средств и методов исследования воспроизводство ученых и обеспечение выполнения ими своих социальных функций. В социологии в зависимости от методологических установок сформировались различные подходы к пониманию науки как социального института.
24349. Научные школы (функции, признаки, типы). Историческое развитие способов трансляции научных знаний (от рукописей до современного комп.) 142 KB
  Научные сообщества и их исторические типы: невидимый колледж научные школы. Другой распространенной формой неформального объединения ученых играющих заметную роль в развитии науки являются научные школы. В содержательном плане чаще всего для сторонников научной школы характерен особый подход к проблемам и методам познания.
24350. Наука и экономика (сущность научно-технического прогресса экономика как наука, экономика науки) 87 KB
  Инновационная экономика Одной из важных сфер функционирования науки как социального института является экономика. Термин экономика многозначен и включает в себя по крайней мере два класса явлений: а экономику как отрасль науки изучающую экономические отношения и народное хозяйство; б экономику как различные виды и отрасли производства народное хозяйство страны мирового сообщества отношения в этих сферах по поводу производства распределения и обмена. Непосредственная связь науки и экономики проявляется в экономике как научной...
24351. Наука и власть (политология, политизация науки и проблемы управления наукой) 122 KB
  При рассмотрении проблемы взаимоотношения науки и власти следует имеет в виду два вектора анализа: а воздействие государственной власти на науку; б влияние науки на власть государственную политику. Под научной политикой понимается деятельность государственных учреждений по развитию управлению контролю финансированию науки. Государство выступает по отношению к науке в следующих основных функциях: как законодатель устанавливающий правовые основы функционирования науки в обществе в целом и конкретные нормы регулирования его...