Операционные системы реального времени (ОСВР), понятие и виды

Введение

Операционная система реального времени —система, обеспечивающая конкретную вероятность в течение конкретного периода. К примеру, операционная система способна являться спроектированной подобным способом, для того, чтобы гарантировать конкретный объект для робота на конвейере.
Любая автоматизированная процедура обладает расписанием, каковое устанавливает подпроцессы, их преимущество, и время их активации. Для того чтобы результативно регулировать непростой системой, следует обладать понимание об этом, что совершается в абсолютно всех частях. Это в таком случае создает операционная система в режиме настоящего времени. Данное устанавливает восприятие абсолютно всех подключенных операций, упрощая наблюдение и инициализацию тех, которые нужны.
Операционные системы реального времени являются персонализированными. Данное сопряжено с неповторимыми нуждами, действиями и процедурами в любой сфере. Неосуществимость опции значит, что производственные цели не станут выполнены либо степень верности станет скомпрометирована.
Целью работы является определение темы - операционные системы реального времени.
Для достижения цели необходимо выполнить следующие задачи:
Раскрыть основные понятия темы;
Определить виды операционных систем реального времени;
Описать основные требования к операционным системам реального времени;
Рассмотреть особенности архитектуры операционных систем реального времени.

Общее описание
Что такое система реального времени
Базой каждого аппаратно-программного комплекса, в том числе функционирующего в порядке настоящего времени, считается операционная система (ОС). Операционной системой именуют совокупность проектов, гарантирующий руководство ресурсами аппаратно-программного комплекса (вычислительной системы) и действиями, использующими данные средства при вычислениях. Ресурсом в данном контексте считается каждый закономерный либо материальный (и в совокупности) элемент вычислительной системы либо аппаратно-программного комплекса и предоставляемый им потенциал.
Операционная система реального времени предназначена для обеспечения интерфейса к ресурсам критических по времени систем реального времени. Имеет краткое обозначение ОСРВ. На английском языке называется Real-Time Operating System.
Система реального времени (СРВ) - является система, точность функционирования каковой находится в зависимости не только лишь с закономерной корректности вычислений, но и с времени, за которое данные расчеты выполняются.
Для происшествий, совершающихся в такого рода концепции, немаловажно период, если данные действия совершаются, и их закономерная точность. Концепция функционирует в настоящем времени, в случае если её быстродействие адекватно быстроте протекания физических процессов в предметах контролирования либо управления (существуют в виду движения, напрямую сопряженные с функциями, исполняемыми определенной концепцией настоящего времени). Система управления обязана подобрать сведения, осуществить их обрабатывание согласно установленным методам и предоставить правящее влияние из-за такого рода период периода, какой гарантирует удачное осуществление установленных проблем.
Принято различать системы мягкого (soft) и жесткого (hard) реального времени.
Некоторые операционные системы реального времени создаются для специального приложения, а другие - более общего назначения. Некоторые существующие операционные системы общего назначения утверждают, что они являются операционными системами реального времени. В какой-то степени практически любая операционная система общего назначения, такая как Microsoft Windows 2000 или IBM OS / 390 можно оценить для своих качеств операционной системы в реальном времени. То есть, даже если операционная система не подходит, она может иметь характеристики, которые позволяют рассматривать ее как решение конкретной задачи приложения реального времени.
Словосочетание «реального времени» означает, что отклик ОСРВ должен быть быстрым на сколько это возможно или необходимо для данной задачи. В соответствии с вышеизложенным актуальность данной работы очевидна и заключается в необходимости рассмотрения операционных систем реального времени (ОСРВ), их понятия и видов как проблемы комплексной.
Классическим примером задачи, где требуется ОСРВ, является управление роботом, берущим деталь с ленты конвейера. Деталь движется, и робот имеет лишь маленький промежуток времени, когда он может ее взять. Если он опоздает, то деталь уже не будет на нужном участке конвейера, и, следовательно, работа не будет сделана несмотря на то, что робот находится в правильном месте. Если он спозиционируется раньше, то деталь еще не успеет подъехать, и он заблокирует ей путь.
Виды ОСРВ
Динамические свойства программ реального времени принято характеризовать тремя определениями: программы «жесткого» (hard), «мягкого» (soft) и интерактивного («условного») реального времени.
В том, что обычно называется «жесткой» оперативной системой реального времени, если расчет не может быть выполнен для того, чтобы сделать объект доступным в назначенное время, операционная система завершила бы сбоем.
В «мягкой» операционной системе реального времени сборочная линия будет продолжать функционировать, но выход продукции может быть ниже, поскольку объекты не появлялись в назначенное время, в результате чего робот был временно непродуктивным.
Системы жесткого реального времени предусматривают наличие гарантированного времени отклика системы на конкретное событие. Например, аппаратное прерывание, выдачу команды управления и т.п. Абсолютная величина времени отклика большого значения не имеет.
В большинстве русскоязычной литературы такие системы называют системами с детерминированным временем.
Системы с мягким режимом реального времени обладают временем отклика системы, которое является величиной индикативной, нежели директивной. Конечно, предполагается что в большинстве случаев отклик уложится в заданные пределы. Однако и остальные варианты не должны приводить к плачевным результатам

. Обычно считается, что если временной норматив превышен на один порядок, то это еще терпимо.
Системы интерактивного реального времени являются скорее психологической, нежели технической характеристикой. Определяет время, в течение которого оператор способен спокойно ожидать реакции системы на данные ей указания. В качестве примера можно привести весьма популярные сегодня игры из категории «стратегии реального времени».
Помимо этого, ОСРВ возможно разбить в концепции специальные и многоцелевые.
Специальные ОСРВ - система, в каком месте определенные кратковременные условия первоначально установлены. Подобная система обязана являться намеренно спроектирована с целью удовлетворение данных условий.
Многоцелевая ОСРВ обязана обладать способностью осуществлять случайные (предварительно неясные) кратковременные проблемы в отсутствии использования особой техники. Создание подобных концепций считается наиболее непростой проблемой, несмотря на то как правило, условия, предъявляемые к подобным концепциям, помягче, нежели условия к специальным концепциям.
В системах реального времени необходимоВведение

некоторого директивного срока, до истечения которого задача должна обязательно (для систем мягкого реального времени – желательно) выполниться. Этот директивный срок используется планировщиком задач как для назначения приоритета задачи при ее запуске, так и при выборе задачи на выполнение.
Зачастую под ОСРВ безусловно понимают встроенные операционные системы, на деле же, существует различие между системами реального времени и встроенными системами. От встроенной системы не всегда требуется, чтобы она имела предсказуемое поведение, и в таком случае она не является системой реального времени. Однако даже беглый взгляд на возможные встроенные системы позволяет утверждать, что большинство встроенных систем нуждается в предсказуемом поведении, по крайней мере, для некоторой функциональности, и таким образом, эти системы можно отнести к системам реального времени.
Основные требования и характеристики
Можно сформулировать следующие необходимые требования для ОСРВ:
возможность параллельного выполнения нескольких задач;
предсказуемость;
важно максимальное (не среднее) время отклика на событие;
особые требования в вопросах безопасности;
возможность безотказной работы в течение длительного времени.
Основными главными характеристиками систем являются:
большие и сложные системы;
распределенные системы;
жесткое взаимодействие с аппаратурой;
выполнение задач зависит от времени;
сложность тестирования.
Анализ предмета исследование
Обобщенная структура ОСВР
ОСВР представляют собой сложные программно-аппаратные комплексы, функционирующие на основе специализированных математических методов.
Основными задачами, решаемыми типичной АСУ, являются:
сбор данных о состоянии и поведении управляемого объекта;
преобразование, отображение, сохранение, передача и отображение этих данных;
анализ данных и принятие решений;
выдача управляющих воздействий на объект.
Обобщенная структура автоматизированной системы управления изображена на REF _Ref511676678 \h \* MERGEFORMAT Рисунок 1.

Рисунок SEQ Рисунок \* ARABIC 1. Обобщенная структура
Особенности архитектуры ОСРВ
Монолитная архитектура заключается в комплекте взаимодействующих модулей. Приложения обращаются к системе с применением API модулей. В случае если поменять единственный узел, то данное скажется на прочих модулях. Применение наибольшего числа модулей тянет за собою затруднение взаимосвязей среди них. По причине данного действия такого рода системы делаются меньше предсказуемы в ходе эксплуатации. Помимо этого, появляются проблемы с целью применения операторных концепций подобного вида в расчисленной мультипроцессорной системе ( REF _Ref505259681 \h \* MERGEFORMAT Рисунок 2).

Рисунок SEQ Рисунок \* ARABIC 2. Монолитная архитектура
Имеющая несколько слоев структура представляет систему, заключающуюся в некоторых многофункциональных степенях. Приложение способно прибегать к аппаратным ресурсам как посредством системного призыва ядра и системные работы, таким образом и посредством API уровней. Вероятность вращения к нижележащим рядам избегая верхние уровни семантически ошибочно, однако с целью концепций настоящего периода подобная организация дает возможность повысить прогнозируемость системы и уменьшить период отзыва. Имеющая несколько слоев структура обладает минусами. Перемены одного слоя оказывают большое влияние на окружающие слои. Кроме того, не имеется многозадачности. ( REF _Ref505260498 \h \* MERGEFORMAT Рисунок 3).

Рисунок SEQ Рисунок \* ARABIC 3. Многослойная архитектура
Клиент-серверная архитектура операционной системы реального времени основывается на минимизации количества функций, выполняемых ядром данной системы. Например, на уровне ядра выполняются только планировщик, примитивы синхронизации и служба сообщений. Вся остальная функциональность выносится на пользовательский уровень и реализуется через серверы. Приложения-клиенты обращаются к ним и получают от них ответы путем обмена сообщениям через службу сообщений уровня ядра.

Рисунок SEQ Рисунок \* ARABIC 4. Клиент-серверная архитектура
Клиент-серверная архитектура позволяет создавать масштабируемые операционные системы и упрощает распределение в многопроцессорной системе. При эксплуатации системы замена одного модуля не затрагивает никаким образом остальные модули системы. Кроме того, сбой модуля не всегда влечет за собой отказ системы в целом. Присутствует возможность динамической загрузки и выгрузки модулей. Основной проблемой в этой модели является защита памяти, поскольку серверные процессы должны быть защищены. При каждом запросе сервиса система должна переключаться с контекста приложения на контекст сервера. При поддержке защиты памяти время переключения с одного процесса на другой увеличивается ( REF _Ref505260716 \h \* MERGEFORMAT Рисунок 4).
Достоинства и недостатки различных видов
Все без исключения элементы «монолитной» системы функционируют в порядке супервизора в общем целенаправленном пространстве