Операционные системы реального времени (ОСРВ): понятие и виды

Введение

Концепции, что лежат в базе большинства существующих операционных систем (ОС) реального времени (РВ), уходят своими корнями еще в конец 70-х гг. прошлого века.
ОС реального времени, что встраивают в системы, работают при очень «стесненных» условиях, когда разные объемы памяти, мощности процессора сильно ограничены.
Они должны также обеспечивать работоспособность полностью всех служб и программ для пользователей, окружающего мира, для которого они взаимодействуют.
Системы реального времени также могут отличаться очень минимальными возможностями для используемого пользовательского интерфейса, ведь вся передаваемая для эксплуатации информационная система может представлять собой классический "черный ящик".
Актуальность выбранной темы реферата связана с тем, что в теперешнее время без использования компьютеров не может выполняться никакая операция для обработки данных, а системы РВ позволяют оперировать самыми различными данными при онлайн подключении, что позволяет достигать эффекта интерактивности в работе.
Объектом исследования являются операционные системы.
Предмет реферата – ОС реального времени.
Основной целью, поставленной при написании, является рассмотрение понятий и видов ОС реального времени.
В соответствии с поставленной целью выделено задачи:
– провести обзор литературы по вопросах программного обеспечения ПК;
– рассмотреть понятие «операционная система»;
– дать определение всех составных частей ОС;
– описать понятия ОС РВ;
– охарактеризовать виды ОС реального времени.
Рассматриваемую проблему операционных систем РВ для компьютеров рассматривали отечественные и зарубежные ученные П.А. Королюк, П.Гербер, К.К. Волынова.
Стоит заметить, что в теперешнее время все ОС непрерывно усовершенствуются, а их разработчики ищут для них новейшие алгоритмы для обеспечения постоянного повышения качества работы.

Основные понятия об операционных системах

1.1. История становления операционных систем
Операционной системой является комплекс управляющих или системных программ, что предназначены для наиболее эффективного применения практически всех ресурсов ПК.
Основное назначение ОС:
– организация вычислительного процесса вычислительных систем;
– рациональное распределение вычислительных мощностей между задачами;
– предоставление пользователям самых разных сервисных средств для облегчения процесса программирования.
Операционная система также может выполнять роль некоторого интерфейса для пользователя и вычислительной системой, другими словами ОС предоставляет пользователю некоторую виртуальную систему.
Все это может означать, что операционная система может формировать в значительной степени у пользователей представления о возможностях непосредственно ВС, некотором удобстве в работе, ее пропускной способности данных.
Также различные современные системы для одних и тех же технических средствах могут предоставить пользователю самые различные возможности по проектированию вычислительного процесса, автоматизированной обработке информации.[5]
В программном обеспечении для их применения в вычислительных системах операционная система занимает самое главное положение, ведь осуществляет методы контроля и планирования всего вычислительного процесса.
Все из компонентов ПО обязательно работают под контролем некотрой ОС.
В соответствии с функциональными условиями различают такие 3 режима работы ОС с аппаратным обеспечением: [10]
– разделения времени функционирования;
– пакетной обработки информации;
– реального времени работы.
В режиме пакетной обработки все ОС выполняют последовательно собранные заданий в пакете.
Также в этом режиме пользователи вовсе не имеют контакта для ПК, получая лишь результаты вычислений по обрабатываемым данным.
При этом в режимах разделения времени все ОС одновременно выполняют даже несколько задач, при этом допуская для каждого с пользователей обращение к ЭВМ.
Стоит отметить, что для режима реального времени каждая ОС может обеспечить управление всеми объектами для принимаемых сигналов из вне.
Время отклика по возмущающему воздействию ПК с ОС должно быть минимальным.
Непосредственное начало по созданию ОС положила система СР/М. Была разработана она еще в 1973 г., а после этого установлена на многих вычислительных средствах.
В рамках этой системы было создано и первое программное обеспечение большого объема, которое включает некие трансляторы с таких языков как:
– Лисп;
– Паскаль;
– Бейсик;
– Фортран;
– Кобол и другие,
а также текстовые, табличные процессоры, самые разные системы управления БД, графические пакеты программ.[4]
ОС типа DOS долгое время была доминирующей при создании 16-разрядных ПЭВМ, что применялись в то время в 16-разрядных микропроцессорах типа 8088.
С точки зрения долголетия в использовании ни одна ОС даже близко не может приблизиться ко времени использования DOS (рисунок 1). [8]
Далее, с момента ее появления в 1981 г. MS DOS настолько была широко распространена, что завоевала полноправное место считаться самой востребованной и популярной в мире.
Далее, несмотря на некоторые ее недостатки и глядя на тот факт, что большая ее часть основывается на разработках 70-х годов, DOS продолжает существовать даже в нынешнее время.

Рисунок 1 – Внешний вид MS DOS
В сегодняшнее время под DOS разработан широкий массив ПО. Также имеются трансляторы практически для всех современных языков программирования:
– Бейсик;
– Лисп;
– Фортран;
– Си;
– Лого;
– Паскаль;
– Модула-2;
– АПЛ и др.
Стоит отметить, что для почти всех языков программирования есть несколько методов транслирования.
Также имеются инструментальные методы и средства по разработках программ на машинном коде:
– символьные отладчики;
– ассемблеры;
– другие модули

.
Такие инструментальные средства могут также сопровождаться редакторами, разными компоновщиками, другими системами для сервисной поддержки.
Кроме системного ПО создано много прикладных программных продуктов для DOS.
Помимо популярных вычислительных машин, проектируемых для соответствия с сложившимися стандартами, часто создаются машины, что особо выделяют некоторое свойство.
К примеру, самое большое внимание в середине 80-х гг. привлекали своими графическими возможностями ЭВМ Amiga и Macintosh. [3]
В первой из них дисплей был цветным, во для второй – монохромным, но, стоит отметить, что обе отличались большим разрешением, скоростью вывода данных на экран (рисунок 1).

Рисунок 2 – ЭВМ Amiga
Системы для этих вычислительных машин спроектированы таким образом, чтоб максимально применять все возможности обработки графической информации.
Именно у них также используется оконный интерфейс, манипулятор типа "джойстик".
В начальный период становления ПК была создана система USCD p-systems (рисунок 3).

Рисунок 3 – ОС USCD p-system
Далее ссистема UNIX приобрела себе популярность при успешном ее использованием на мини-ЭВМ разного уровня.
UNIX – это ОС, что дает возможность осуществлять выполнение различных работ в многозадачном или же многопользовательском режимах. [11]

Рисунок 4 – Интерфейс Unix
ОС Windows – это семейство проприетарных ОС от корпорации Microsoft, что ориентированы на использование диалогового оконного интерфейса при управления вычислительным процессом.
Изначально все ОС Windows были всего только специальной графической надстройкой для системы MS-DOS.
Но, по состоянию на 2016 год операционная система Windows работает на 89% ПК в мире.
Отметим, что Windows работает на платформе x86-64, IA-64, ARM.
1.2.Составные части ОС
В составе операционных систем разной сложности принято выделять такие части:[3]
– базовый модуль, что управляет файловой системой и обеспечивает доступ к файлам.
Также к главным функциям ядра относят: [3]
инициализация системы (выполнение загрузки ядра в память, его непосредственный запуск);
управление процессами в ПК (завершение, создание, отслеживание существующих процессов в ПК);[6]
контроль и управление файлами – создание разных моделей файловой системы;
управление памятью в ПК, а именно отображение участков виртуальной памяти в оперативную память ПК, которая имеет ограниченные размеры;
– коммуникационные средства (обмен данными между самыми разными процессами, что выполняются в середине персонального компьютера);
– программный интерфейс – выполнение доступа к возможностям модулей со стороны пользователей;
– командный процессор – расшифровывает любые действия, команды пользователей;
– драйверы для использования периферийных устройств могут обеспечивать согласованность работы для разных периферийных устройств в ОС.
Драйвер – это программа, обеспечивающая самое полное взаимодействие ОС, а также устройств ПК с имеющимся периферийным устройством.
Также в функции драйвера может входить обработка прерываний устройства, управление очередью запросов к данным, преобразование запросов в конкретные команды;
– дополнительные сервисные программы также служат для выполнения самых разных вспомогательных операций, что выполняют обработку данных и обслуживание компьютера (тестирования, диагностики аппаратных средств, оптимизации использования пространства, восстановления информации и т.п.).
В первом разделе исследования рассмотрены основные виды операционных систем по их развитию, приведены все основные особенности их, описаны все главные части стандартной ОС.

2. Понятие и виды ОС РВ

2.1. Понятие ОС РВ
Операционная система РВ является типом ОС, где успешность работы для любой программы зависит не только от правильности, а и от всего времени, в котором она получила весь Стоит отметить, что если же система вовсе не может удовлетворять разным временным ограничениям, то в ее работе фиксируется сбой.[9]
Все операционные системы РВ предназначаются для выполнения обеспечения пользовательского интерфейса к самым разным ресурсам критических систем по времени.
Самой главной задачей таких ОС является непосредственная своевременность выполнения всех обработок данных.[4]
В качестве основного требования к ОСРВ выдвигается часто требование по обеспечению предсказуемости и детерминированности в поведении системы с наихудшими условиями, что может отличаться резко от требований к практическому быстродействию и производительности для универсальных ОС.
Отметим, что хорошая ОСРВ имеет также очень предсказуемое поведение во всех сценариях для загрузки (одновременные прерывания или выполнение потоков данных).
Существует также разные различие между системами РВ с встроенными ОС. [2]
От встроенной системы не требуется всегда, чтоб она имела ккое-то предсказуемое поведение, она в таком виде не будет являться системой РВ. Но даже самый простой взгляд на разнообразные встроенные системы дают возможности утверждать, что большинство изо всех встроенных систем может нуждаться для предсказуемого поведения, в крайней мере, для очень незначительной функциональности, эти ОС можно относить к рассматриваемым системам РВ.
Как описывалось выше, основным требованием для ОСРВ выдвигается возможность обеспечения предсказуемости, детерминированности для поведения систем в самых худших условиях среды, что часто резко будет отличаться от всех требований по производительности, а также скорости выполнения действий.
То есть, отличная ОСРВ имеет абсолютно предсказуемое поведение для сценариев системной загрузки.
Мартин Тиммерман, разработчик первых ОСРВ, сформулировал такие требования для них:[6]
– каждая ОС должна быть многозадачной, допускать некоторое вытеснение;
– все ОС также должны обладать приоритетами по потоках данных;
– каждая ОС должна поддерживать одни с самых предсказуемых механизмов синхронизации данных;
– ОС также должна обеспечивать очень четкий механизм наследования своих приоритетов;
– поведение различных ОС должно быть полностью предсказуемым и известным (задержки обработки прерываний, драйверов, задержки переключения задач и прочее).
Все это значит, что при сценарии рабочей нагрузки системы определяется максимально возможное время для их отклика.
Во всех известных системах РВ требуется так называемая политика планирования