6.2.Операционные системы реального времени
Говорят, что система работает в реальном времени (РВ) [10, 15], если корректность её функционирования определяется не только правильностью вычислений, но временем, за которое они выполнены. Т. е. время выполнения вычислений также важно, как корректность вычисления.
Справедливо и другое определение – производительность системы реального времени должна быть адекватной скорости протекания физических процессов на объектах контроля или управления.
В приведенных определениях требования к быстродействию системы в явном виде отсутствуют. Например, вычислительная система, в обязанность которой входит раз в году с боем новогодних курантов выставлять на табло новый год, по этому определению тоже может считаться полновесной системой реального времени. Однако, программировать и поддерживать выполнение задач в реальном времени в широком диапазоне может только достаточно мощный и хорошо организованный компьютер, операционная система которого удовлетворяет набору специфических требований. Из них необходимыми и наиболее важными являются следующие требования:
предсказуемость системы, т.е. возможность успевать обрабатывать события за требуемый промежуток времени, независимо от состояния, в котором находится система;
определенность времени: современные системы должны обрабатывать события за фиксированное время, даже в том случае, если эти события происходят одновременно.
Выполнение первого требования в большой степени определяется архитектурой системы. Например, в системе на основе миниядра «инициатива» управления принадлежит прикладным процессам и, следовательно, системные задачи не могут приостановить выполнение пользовательских задач. Кроме того, операционная среда должна поддерживать вытесняющую многозадачность (принудительную замену контекста) и институт приоритетов.
Выполнение второго требования в современных условиях связано с применением многопроцессорных систем, осуществляющих параллельную обработку.
Операционные системы реального времени условно делятся на два класса: системы «мягкого» РВ и системы «жесткого» РВ. Рассмотрим различие между этими классами в упрощенном варианте.
Пусть имеется набор событий: С1,
С2 .. Сn , которые
соответствен требуется обработать за
время: : Т1, Т2 .. Тn.
Будем считать, что возможности обработки
данного класса событий системой
ограничиваются снизу значением времени
Тхар. Если Тхар < Тср =
,
то система может обработать этот класс
событий в режиме «мягкого» реального
времени. Если Тхар меньше
минимального значения из набора {Т1,
Т2 .. Тn}, то
система способна на большее и в данной
ситуации реакция на события возможна
в «жестком» реальном времени.
Рассмотрим это различие на примере движения автобуса по графику. Пусть жестко контролируется только время прихода или ухода на конечных остановках, а на промежуточных остановках в такой степени, в которой позволяет ситуация. Такой подход можно сравнить с решением задачи в режиме «мягкого» реального времени.
Пусть теперь комитет по транспорту с целью улучшения обслуживания пассажиров обяжет соблюдать график движение по всему маршруту. В этом случае потребуется разработать автобусы нового типа. Чтобы не выбиваться из графика, они, например, при дорожных пробках должны трансформироваться в вертолеты, и только это позволит в данной ситуации обеспечить работу в «жестком» реальном времени.
Далее в этом разделе приведено краткое описание самых популярных в середине 90-х годов двух систем реального времени:
QNХ, которая изначально разрабатывалась как система «мягкого» реального времени [1];
Vx Works – система «жесткого» реального времени [3].