Операционные системы реального времени

ОС оперативной обработки

Система оперативной обработки (СОО) обеспечивает высокую реакцию или малое время ответа вычислительной системы. СОО функционирует в режиме разделения времени процессора. Системы разделения времени используются для «одновременного» выполнения нескольких программ в интерактивном (диалоговом) режиме. В отличие от пакетного режима, все программы получают определённые временные промежутки (кванты) процессорного времени для выполнения, затем система инициирует переключение. Выделяемые временные интервалы могут быть равными для всех задач, могут определяться их приоритетами и т. д.

Для примера рассмотрим многопользовательскую многотерминальную систему (рис.3). Т₁...Т_m – терминалы, с помощью которых пользователи формируют задания на выполнение программ. Когда заданию предоставлены ресурсы (кроме процессора), оно устанавливаются в очередь готовых процессов О₀.

Рис.3. Модель оперативной обработки

СОО можно представить в виде системы массового обслуживания (СМО). Терминалы выполняют функции генератора заявок, формируемых в виде заданий на обработку некоторых программ. В качестве обслуживающих приборов выступают центральные процессоры (ЦП) и внешние запоминающие устройства (ВЗУ). Процессоры совместно с оперативной памятью выполняют программы пользователей и операционной системы; ВЗУ осуществляют процедуру свопинга (подкачки программ и данных из диска в оперативную память или откачки в обратном направлении). Если в момент поступления новой заявки (задания) от одного из терминалов процессор оказался занятым, то она устанавливается в очередь. Из очереди заявки выбираются диспетчером (часть планировщика, на рисунке не показан).

Разделение времени реализуется путем прерывания текущей задачи по истечении кванта времени и назначении освободившемуся процессору новой задачи, находящейся в начале очереди. Указанная процедура называется переключением задач. Величина кванта времени устанавливается ядром операционной системы (обычно в пределах 1-2 мс, но может быть больше или меньше), а его отсчёт производится системным таймером. Если по истечении одного или нескольких квантов времени задача выполнилась, то результат направляется в терминал пользователю для принятия решения.

Операционные системы реального времени (ОСРВ - англ. real-time operating system) используются для управления различного рода оборудованием, станками, роботами и т.д. Отличительной особенностью ОСРВ является способность гарантировать заданное время реакции, что необходимо для того, чтобы вычислительная система успевала за происходящими событиями. ОСРВ должны обладать большими запасами производительности, чтобы активно реагировать на процессы, поэтому вычислительные системы реального времени очень дорогие. Различают два типа операционных систем реального времени - жесткого реального времени и мягкого реального времени. Операционная система, которая может обеспечить требуемое время выполнения задачи реального времени даже в худших случаях, называется операционной системой жёсткого реального времени. Операционная система может обеспечить требуемое время выполнения задачи реального времени в среднем, называется операционной системой мягкого реального времени.

Системы жёсткого реального времени не допускают задержек реакции системы, так как это может привести к: