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

24 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

65555. УДОСКОНАЛЕННЯ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЇ СИСТЕМИ СИНХРОННОГО СТЕРЕОФОНІЧНОГО РАДІОМОВЛЕННЯ З ПІЛОТ-ТОНОМ 467.5 KB
  Стереофонічний ефект і його якість є основою системи стереофонічного радіомовлення, тому має місце нагальна необхідність проведення подальших досліджень з встановлення необхідних захисних відношень за радіочастотою, що забезпечували би високу якість стереофонічного радіоприймання.
65556. Експериментально–розрахунковий аналіз деформацій циліндричних оболонок в зоні удару 1.99 MB
  Циліндричні оболонки можуть служити моделлю для ряду елементів конструкцій на які діють ударні навантаження. При розробці математичної моделі напружено–-деформованого стану було використано систему рівнянь коливання оболонки типу С.
65557. СТРУКТУРА ТА РЕЖИМИ ФУНКЦІОНУВАННЯ ТЯГОВОГО ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНОГО КОМПЛЕКСУ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ ДВОХОСЬОВИХ ЕЛЕКТРОВОЗІВ 646 KB
  Існуючі типи вітчизняних електровозів з зчіпними масами названими вище обладнані тяговими електротехнічними комплексами ТЕТК з неефективними контактно-резисторними системами керування частотою обертання тягових електродвигунів ТЕД постійного струму.
65558. Розробка технології автоматичного зварювання та наплавлення під флюсом конструкційних сталей струмом малої густини 1.02 MB
  Автоматичне дугове зварювання та наплавлення під флюсом один із провідних процесів при виробництві й ремонті сталевих конструкцій та деталей машин. Технологічна собівартість одної тонни наплавленого металу в якій 71 займають...
65559. ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНА СИСТЕМА ПРИВОДА З ЛІНІЙНИМ ДВИГУНОМ ДЛЯ НАХИЛУ КУЗОВІВ ШВИДКІСНОГО РУХОМОГО СКЛАДУ 759.17 KB
  Оскільки найбільші обмеження швидкості наявні у кривих доцільно або прокласти нові швидкісні магістралі позбавлені кривих ділянок малого радіусу або упровадити системи для нахилу кузовів залишити в експлуатації існуючу мережу залізниць...
65560. ПІДВИЩЕННЯ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОСТІ ЕЛЕКТРОДУГОВИХ ПЕЧЕЙ 1.32 MB
  Оптимізація технологічних процесів в дугових печах з метою скорочення енергоспоживання і тривалості плавлення є важливою і актуальною задачею. Процес плавлення металошихти в електродугових печах відбувається на протязі значної долі всієї плавки до 80 від...
65561. МЕТОДИКА ІНТЕРАКТИВОГО НАВЧАННЯ ГРАФІЧНИХ ДИСЦИПЛІН У ВИЩИХ ТЕХНІЧНИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДАХ 287 KB
  Входження системи вищої освіти України у Європейський освітній простір передбачає відповідні зміни у професійній підготовці фахівців, зокрема інженерних кадрів з високим рівнем інтелектуально-творчих здібностей.
65562. ПРАВОВИЙ СТАТУС РОБОТОДАВЦЯ У ВІДНОСИНАХ З СОЦІАЛЬНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ПРАЦІВНИКІВ 170 KB
  Правовий механізм соціального забезпечення працівників є відображенням певної системи економічних політичних соціальних відносин спрямованих на забезпечення інтересів конкретної особи та суспільства в цілому. Перехід до нових форм ведення господарської діяльності виникнення...
65563. ЯКІСТЬ МЕНЕДЖМЕНТУ В СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ ПІДПРИЄМСТВАХ 231.5 KB
  З урахуванням сучасних тенденцій в економіці особливого значення набувають питання підвищення якості менеджменту сільськогосподарських підприємств, оскільки теперішній етап реформування суспільно-економічних відносин...