Контрольная работа по "Информатике"

     Современные системы компьютерной  автоматики обычно работают

под управлением  операционных систем реального времени (ОСРВ),

которые позволяют одновременно решать ряд необходимых задач и

обеспечивают  требуемую реакцию на происходящие в системе события.

Основной задачей  в таких системах является своевременность  выполнения

обработки данных. ОСРВ обязаны поддерживать многопоточность,

гарантированное время реакции на внешнее событие, простой доступ к

таймеру и внешним  устройствам. Способность гарантировать  время

реакции является отличительным признаком подобных систем. Однако

важно учитывать  различие между гарантированностью и просто высокой

производительностью и низкими накладными расходами. Далеко не все

алгоритмы и  технические решения, даже и обеспечивающие отличное

среднее время  реакции, годятся для ОСРВ.

     В  настоящее время пользователям  предлагается большой выбор

ОСРВ различных  производителей, которые отличаются по своим технико-

экономическим   характеристикам.     В   последнем   обзоре   "Real-Time

Magazine" (NN 2-3,97) было упомянуто около шестидесяти систем. В

приложении А приведены технические характеристики некоторых из них.

ОСРВ еще больше, если иметь в виду некоммерческие операционные

системы реального  времени. Однако сама специфика применения

операционных  систем реального времени требует  гарантий надежности,

причем гарантий в том числе и юридических - этим, видимо, можно

объяснить тот  факт, что среди некоммерческих систем реального времени

нет сколько-нибудь популярных. 
 
 
 

                                 4 
 

    Среди  коммерческих систем реального  времени можно выделить

группу ведущих  систем - по объемам продаж и по популярности. Эти

системы: VxWorks, OS9, pSOS, LynxOS, QNX, VRTX.

     Выбор  ОСРВ для конкретного применения  является очень важным.

Для этой цели необходимо провести анализ предметной области  ОСРВ,

дать основополагающие определения и развернутые толкования отдельных

терминов,   рассмотреть   структуру   ОСРВ   и    выделить   наиболее

распространенные  и общепризнанные. 
 
 
 

                               5 
 

ГЛАВА        1.     ОСОБЕННОСТИ           ОПЕРАЦИОННЫХ            СИСТЕМ

РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ 
 

        Основой любого аппаратно-программного  комплекса, в том числе

работающего в  режиме реального времени, является операционная система

(ОС). 
 

        Операционной системой реального  времени называют комплекс

программ,         обеспечивающий    управление       ресурсами   аппаратно-

программного  комплекса (вычислительной системы) и  процессами,

использующими эти ресурсы при вычислениях. 
 

        Ресурсом в данном контексте  является любой логический или

физический (и  в совокупности) компонент вычислительной системы или

аппаратно-программного комплекса и предоставляемые  им возможности.

Основными         ресурсами   являются   процессор    (процессорное   время),

оперативная память и периферийные устройства.

        В настоящее время существует  большое разнообразие ОСРВ,

которые классифицируются по следующим признакам:

  −     количество пользователей, одновременно  обслуживаемых системой;

  −     число процессов, которые могут  одновременно выполняться под

        управлением ОСРВ;

  −     тип доступа пользователя к  системе;

  −     тип аппаратно-программного комплекса.

        В соответствии с первым признаком  различаются одно- и

многопользовательские ОСРВ. Второй признак делит ОС на одно- и

многозадачные.

                                    6 
 

В соответствии с третьим признаком ОС делятся:

  −   системы  с пакетной обработкой. В этом  случае из программ,

      подлежащих     выполнению,     формируется     пакет,    который

      предъявляется системе для обработки.  В этом случае пользователи

      непосредственно с ОСРВ не  взаимодействуют;

  −   системы  разделения времени, обеспечивающие  одновременный

      интерактивный доступ к вычислительной  системе нескольких

      пользователей через терминалы.  Ресурсы системы выделяются при

      этом каждому пользователю “по очереди” в соответствии с той или

      иной дисциплиной обслуживания;

      Четвертый признак делит ОС  на одно- и многопроцессорные,

сетевые и распределенные.

      Если рассматривать ОСРВ, то необходимо  определиться с понятием

систем реального  времени. 
 

      Система реального времени (СРВ)  – это система, правильность

функционирования которой зависит не только от логической

корректности  вычислений, но и от времени, за которое  эти

вычисления производятся. 
 

      Для событий, происходящих в  такой системе, важно время,  когда эти

события происходят, и их логическая корректность.

      Система работает в реальном  времени, если ее быстродействие

адекватно скорости протекания физических процессов на объектах

контроля или  управления (имеются в виду процессы, непосредственно

связанные с функциями, выполняемыми конкретной системой реального

времени). Система  управления должна собрать данные, произвести их

                                7 
 

обработку по заданным алгоритмам и выдать управляющее  воздействие за

такой промежуток времени, который обеспечивает успешное выполнение

поставленных  задач.

      Мартин    Тиммерман    сформулировал     следующие     необходимые

требования для  ОСРВ [1]:

  − ОСРВ  должна быть многозадачной и  допускающей вытеснение

      (preemptable),

  − ОСРВ  должна обладать понятием приоритета  для потоков,

  − ОСРВ        должна     поддерживать      предсказуемые    механизмы

      синхронизации,

  − ОСРВ  должна обеспечивать механизм  наследования приоритетов,

  − поведение  ОСРВ должно быть известным  и предсказуемым

      (задержки обработки прерываний, задержки переключения задач,

      задержки драйверов и т.д.); это  значит, что во всех сценариях

      рабочей нагрузки системы должно  быть определено максимальное

      время отклика.

      Общие характеристики ОСРВ:

  −   большие  и сложные системы;

  −   распределенные  системы;

  −   жесткое  взаимодействие с аппаратурой;

  −   выполнение  задач зависит от времени;

  −   сложность  тестирования.

      ОСРВ должны реагировать на  различные типы внутренних и

внешних событий (периодических и непериодических). Необходимо

отметить, что  принадлежность системы к классу ОСРВ никак не связана с

ее быстродействием. Исходные требования к времени реакции  системы и

другим временным  параметрам определяются или техническим  заданием

                                8 
 

на систему, или  просто логикой ее функционирования. Интуитивно

понятно, что  быстродействие ОСРВ должно быть тем  больше, чем больше

скорость протекания процессов на объекте контроля и  управления.

     Принято  различать системы жесткого и  мягкого реального времени. 
 

     Системой  жесткого реального времени называется  система, где

неспособность обеспечить реакцию на какие-либо события  в заданное

время   является   отказом     и       ведет   к   невозможности      решения

поставленной  задачи. 
 

     Многие  теоретики ставят здесь точку,  из чего следует, что время

реакции в жестких  системах может составлять и секунды, и часы, и недели.

Однако большинство  практиков считают, что время  реакции в системах

жесткого реального  времени должно быть все-таки минимальным.

Большинство систем жесткого реального времени являются системами

контроля и  управления. Такие СРВ сложны в реализации, так как к ним

предъявляются особые требования в вопросах безопасности.

     Точного  определения мягкого реального  времени не существует,

поэтому можно  отнести сюда все ОСРВ, не подпадающие  в категорию

жестких. Так, система  мягкого реального времени может  не успевать все

делать в заданное время, поэтому возникает проблема определения

критериев успешности (нормальности) ее функционирования.

     Кроме     того,    ОСРВ           можно       разделить     на   системы

специализированные  и универсальные. 
 

     Специализированная        ОСРВ –          система,    где    конкретные

временные требования априори определены.

                                   9 
 

     Такая  система должна быть специально  спроектирована для

удовлетворения  этих требований. 
 

     Универсальная  СРВ должна уметь выполнять  произвольные

(заранее     неопределенные)       временные    задачи    без     применения

специальной техники. 
 

     Разработка  таких систем является самой  сложной задачей, хотя

обычно требования, предъявляемые к таким системам мягче, чем

требования к  специализированным системам.

     Для         более   детального    рассмотрения   возможностей      ОСРВ

представлены  ориентировочные цифры, дающее представление  о порядке

времен реакции  и подходящих операционных системах (табл. 1). Данная