Управление взаимодействием частей системы (например, менеджеров процессов и файлов)

1. управление взаимодействием частей системы (например, менеджеров процессов и файлов),

обеспечение непрерывности выполнения кода системы (т.е. отсутствие переключения задач во время исполнения микроядра).

Рис. 1.2. ОСРВ на основе микроядра

Недостатки модульной архитектуры фактически те же, что и у монолитной. Проблемы перешли с уровня интерфейса на уровень микроядра. Системный интерфейс по-прежнему не допускает переключения задач во время работы микроядра, только сократилось время пребывания в этом состоянии, проблемы с переносимостью микроядра уменьшились (в связи с сокращением его размера), но остались.

Объектная архитектура на основе объектов-микроядер

В этой архитектуре интерфейс между приложениями и ядром отсутствует вообще (рис. 1.3). Взаимодействие между компонентами системы (микроядрами) и пользовательскими процессами осуществляется посредством обычного вызова функций, поскольку и система, и приложения написаны на одном языке (обычно C++). Это обеспечивает максимальную скорость системных вызовов.

Рис. 1.3. Пример объектно-ориентированной ОСРВ

Фактическое равноправие всех компонент системы обеспечивает возможность переключения задач в любое время. Объектно-ориентированный подход обеспечивает модульность, безопасность, легкость модернизации и повторного использования кода.

В отличие от предыдущих систем, не все компоненты самой операционной системы должны быть загружены в оперативную память. Если микроядро уже загружено для другого приложения, то оно повторно не загружается, а используется код и данные уже имеющегося микроядра. Все эти приемы позволяют сократить объем требуемой памяти. Поскольку разные приложения разделяют одни микроядра, то они должны работать в одном адресном пространстве. Следовательно, система не может использовать виртуальную память и тем самым работает быстрее (так как исключаются задержки на трансляцию виртуального адреса в физический).

1.5. Обзор некоторых коммерческих ОСРВ

OS-9 фирмы Microware относится к классу UNIX-подобных операционных систем реального времени. По своей сути OS-9 является многозадачной ОС с вытесняющей приоритетной диспетчеризацией, допускающая возможность многопользовательской работы. Объектно-ориентированный модульный дизайн системы позволяет конфигурировать систему в очень широком диапазоне от встраиваемых систем до больших сетевых приложений. Согласно этой концепции все функциональные компоненты OS-9, включая ядро, иерархические файловые менеджеры, драйвера устройств и т. д., реализованы в виде независимых модулей. Все модули операционной системы позиционно-независимы и могут быть размещены в ПЗУ, а также могут удаляться из системы в процессе ее функционирования без какой-либо повторной инсталляции или перекомпоновки. На рисунке 1.4 приведена упрощенная структурная схема операционной системы.

Структура операционной системы OS-9

Рис. 1.4. Структура операционной системы OS-9

Ядро обеспечивает основной системный сервис, включая управление процессами и распределение ресурсов.

Основные характеристики:

Архитектура: на основе микроядра

Стандарт: собственный, вызовы похожи на UNIX

Свойства как ОСРВ:

Многозадачность: многопроцессность

Многопроцессорность: да

Уровней приоритетов: 65535

Время реакции: 3 мкс

Планирование: приоритетное, FIFO, специальный механизм планирования; preemptive ядро

Процессоры (target): Motorola 68xxx, Intel 80x86, ARM, MIPS, PowerPC

Линии связи host-target: последовательный канал и ethernet

Минимальный размер: 16Kb

Средства синхронизации и взаимодействия: разделяемая память, сигналы, семафоры, события.

VxWorks относится к операционным системам «жесткого» реального времени. Характерной чертой этой ОС является то, благодаря ее развитым сетевым возможностям, вся разработка ПО ведется на инструментальном компьютере (хост-системе) с использованием кросс-средств для последующего исполнения на целевой машине под управлением VxWorks.

Отличительная черта системы - возможность управлять работой сложных комплексов реального времени и бортовых устройств, использующих процессорные элементы различных поставщиков. Три основных компонента данной ОС РВ образуют единую интегрированную среду: собственно ядро системы, управляющее процессором; набор средств межпроцессорного взаимодействия; комплект коммуникационных программ для работы с Ethernet или последовательными каналами связи.

Основные характеристики:

1. Архитектура: монолитная

2. Стандарт: собственный и POSIX 1003

3. Свойства как ОСРВ:

Многозадачность: многопроцессность и многозадачность

Многопроцессорность: да

Уровней приоритетов: 256

Время реакции: 4 мкс

Время переключения контекста: 15 мкс

Планирование: приоритетное; preemptive ядро

4. ОС разработки (host): UNIX/Windows

5. Процессоры (target): Motorola 68xxx, Intel 80x86, Intel 80960, PowerPC, SPARC, Alpha, MIPS, ARM

6. Линии связи host-target: последовательный канал, ethernet, шина VME

7. Минимальный размер: 22Kb

8. Средства синхронизации и взаимодействия: семафоры POSIX 1003, очереди, сигналы…

Операционная система QNX канадской компании QNX Software System Ltd. построена на основе иерархической микроядерной архитектуры. Упрощенная структурная схема этой ОС приведена на рисунке 1.5.

Рис. 1.5. Микроядерная структура QNX

Микроядро QNX выполняет следующие функции:

межпроцессорный обмен;

низкоуровневый сетевой обмен;

диспетчеризация задач;

низкоуровневая обработка прерываний.

Основные характеристики:

1. Архитектура: на основе микроядра

2. Стандарт: POSIX 1003

3. Свойства как ОСРВ:

Многозадачность: POSIX 1003 (многопроцессность и многозадачность)

Многопроцессорность: да

Уровней приоритетов: 32

Время реакции: 4,3 мкс

Время переключения контекста: 13 мкс

Планирование: FIFO, round robin, адаптивное; preemptive ядро

4. Процессоры (target): Intel 80x86

5. Минимальный размер: 60Kb

6. Средства синхронизации и взаимодействия: POSIX 1003 (семафоры, mutex, condvar)

Система LynxOS выпускается фирмой Lynx Real Time Systems (Los Gatos, USA). ОСРВ из клона UNIX-систем, обеспечивающая детерминированное время отклика по запросам.

Основные характеристики:

1. Архитектура: на основе микроядра

2. Стандарт: POSIX 1003

3. Свойства как ОСРВ:

Многозадачность: POSIX 1003 (многопроцессность и многозадачность)

Многопроцессорность: да

Уровней приоритетов: 255

Время реакции: 7 мкс

Время переключения контекста: 17 мкс

Планирование: FIFO, round robin, Quantum, preemptive ядро

4. Процессоры (target): Intel 80x86, Motorola 68xxx, SPARC, PowerPC

5. Минимальный размер:

полной системы: 256Kb

усеченной системы: 124Kb

только ядра: 33Kb

Систему можно записать в ROM.

6. Средства синхронизации и взаимодействия: POSIX 1003 (семафоры, mutex, condvar)

Операционная система pSOS

Система pSOS выпускается Integrated Systems (Santa Clara, USA).

Основные характеристики:

1. Архитектура: на основе микроядра

2. Стандарт: собственный

3. Свойства как ОСРВ:

Многозадачность: многопроцессность и многозадачность

Многопроцессорность: да

Уровней приоритетов: 255

Время реакции: 4 мкс

Время переключения контекста: 12мкс

Планирование: приоритетное; preemptive ядро

4. ОС разработки (host): UNIX/Windows

5. Процессоры (target): Motorola 68xxx, Intel 80x86, Intel 80960, ARM, MIPS, PowerPC

6. Минимальный размер: 15Kb

Средства синхронизации и взаимодействия: семафоры, mutex, события, и тд.

1.6. Выводы к главе 1

Основными отличиями ОСРВ от ОС общего назначения являются:

Ориентация на обработку внешних событий;

Детерминированное время реакции на внешнее событие;

Модульная организация;

Небольшой размер системы.

В главе были рассмотрены важнейшие параметры и механизмы ОСРВ, такие как:

Время реакции системы;

Время переключения контекста;

Виды диспетчеризации;

Механизмы синхронизации и межзадачного взаимодействия

Классификация ОСРВ позволяет выделить наиболее оптимальную структуру построения ОСРВ. Очевидно, что операционные системы с монолитной архитектурой, вследствие их направленности на конкретные процессорные платформы и характера взаимодействия с ядром, вряд ли могут быть использованы в качестве относительно универсальных ОСРВ для систем высокой готовности. ОСРВ на основе микроядра обладает рядом преимуществ по сравнению с монолитной архитектурой, а комбинация с объектно-ориентированным подходом, позволит системе стать аппаратно-независимой и обеспечить быструю реакцию на внешние события.

В заключении были перечислены основные свойства некоторых распространенных ОСРВ. К сожалению, ни одну из рассмотренных операционных систем нельзя назвать сетевой в широком смысле этого слова, так как уровень сетевого обмена, заложенный в многих из них соответствует уровню локальной сети. Многопроцессорная поддержка, введенная в VxWorks ориентирована только на системы с общей памятью. Отсутствие механизма отказоустойчивости, допускающего как отказы соединений (зачатки этого есть в QNX), так и отказы процессорных элементов, необходимого для отказоустойчивых специализированных вычислительных систем, нет ни в одной из этих операционных систем. Таким образом, задачей разработчиков является добавление таких модулей существующим ОСРВ, которые позволили бы обеспечить отказоустойчивость распределенных вычислительных систем.

Похожие работы

Автоматизированные системы обработки экономической информации

Скачать

172056

0

5

... первичной или первичной вместе со вторичной или только вторичной И. Если это - итог обработки информации, решения задачи, то такая информация называется результативной, результирующей. В процессе решения задач возникает промежуточная информация, которая часто в автоматизированных системах играет самостоятельную роль, определения направления путей завершения решения задачи. Результатная информация ...

Математическое обеспечение комплекса задач “Автоматизированная система документооборота учереждения

Скачать

200314

8

2

... , практически, не используются. Проблема информатизации Минторга может быть решена путем создания Автоматизированной Информационной системы Министерства Торговли РФ (АИС МТ РФ) в соответствии с настоящим Техническим предложением.   ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЛЕКСА ЗАДАЧ "СИСТЕМА ДОКУМЕНТООБОРОТА УЧЕРЕЖДЕНИЯ”. функции поиска и архивации 2.1. Постановка задачи и её спецификация ...

Програмное обеспечение ПК

Скачать

152655

7

3

... дейст­вий одной из них; • обращение к внешним устройствам только через операционную систему, что по­зволяет программистам использовать уже написанные драйверы, и не заниматься проблемами обеспечения совместимости с ними вновь разработанных программ; • возможность использования звуковых и видеоприложений. В отличие от Windows З.х новая операционная система не нуждается в установке на компьютере ...

Интеллектуальные компьютерные технологии защиты информации

Скачать

214673

1

8

... Системы обработки информации. Защита криптографическая. Алгоритм криптографического преобразования. М.: Госстандарт СССР. ГОСТ 31078-2002. Защита информации. Испытания программных средств на наличие компьютерных вирусов. Типовое руководство. СТБ ИСО/МЭК 9126-2003. Информационные технологии. Оценка программной продукции. Характеристики качества и руководства по их применению. СТБ ИСО/МЭК ТО ...