49.Тура уақыт жүйелерінің программалық ортасына байланысты классификациясы
Программалық ортасына байланысты классификация
Бүгінгі күні тура уақыт есептері арнайы жүйелік программалық орта көмегімен жасалуы қажеттігі айқын болып отыр. IEEE Standards Project P1003.4a стандартына сәйкес тура уақыт жүйелерін 4 класқа бөлуге болады:
Микропроцессорлар деңгейінде программалау. Бұл жағдайда түрлі құрылғыларға кірістірілетін программалар өте кішкентай болып, Assembler не PLM типті төменгі деңгейлі программалау тілінде жазылады. Ішкісхемалық эмуляторлар жөндеу үшін жарамды болады, бірақ программаны жасау мен жөндеудің жоғары деңгейлі құралдарын қолдану мүмкін емес. Операциялық орта әдетте қолданыла алмайды.
Тура уақыт жүйесінің минималды ядросы. Орындаудың минималды ортасын қамтамасыз ететін тура уақыт жүйелері неғұрлым жоғары деңгейде орналасады. Мұнда тек негізгі функциялар қарастырылып, жадыны басқару және диспетчерді қолдану мүмкіндігі жиі болмай қалады. Ядро төменгі деңгейлі кірістірілген жүйелердің функцияларына қажет болатын қарапайым әрекеттерді орындайтын (жылжымалы нүктелі сандармен қатысты операциялар және енгізу/шығарудың минималды сервисі) программалардың жиынтығынан тұрады.
Тура уақыт жүйесінің ядросы және инструменталды орта. Бұл кластың жүйелері толық сервисті жүйелердің жетістіктерімен қамсыздандырылады. Оны жасау инструменталды ортада орындалып, ал қолданылуы мақсатты жүйелерде жүзеге асырылады. Жүйелердің мұндай типі программаны жасаушы маман үшін неғұрлым жоғары сервисті ұсынады. Мұнда дистанциялық символдық жөндеуші, қателер протоколы және басқа да құралдар кірістірілген. Сонымен қатар программалардың параллель орындалуы қарастырылған.
Толық сервиспен қамсыздандырылған операциялық жүйелер. Мұндай жүйелер кез келген тура уақыт қосымшаларын жасауда қолданыла алады. Қолданбалы программалардың жасалуы мен жүзеге асырылуы бір жүйенің ішінде орындалады.
Екінші және үшінші класқа енетін жүйелер «қатаң» тура уақыт жүйелері, ал төртінші класс «жұмсақ» тура уақыт жүйелері болып табылады. Бірінші жағдайда жүйеге екіншісіне қарағанда реакция беру уақытына және жадының қажетті көлеміне байланысты қатаң талаптар қойылады. Қорытындылай келе тура уақыт жүйелерінің жасау ортасы мен орындалу ортасы бөлек болуы мүмкін екендігін, ал оларға қойылатын талаптардың мейлінше әртүрлі екендігін байқауға болады.
50.Тура уақыт операциялық жүйелерінде тапсырмаларды диспетчерлеу түрлері
Диспетчерлеу дисциплинасы – орындалуға дайын тапсырмалардың кезегін көрсететін ереже. Бұл ережелердің екі ұлкен класы бар: приоритеттік емес және приоритеттік. Бірінші ереженің мағынасы − маңыздылығы мен қызмет көрсету уақытына қарамастан алдын ала көрсетілген кезекке байланысты тапсырмаларды таңдау жүргізіледі. Екінші ереженің мағынасы − бөлек тапсырмаларға орындалу күйіне түсуіне приоритет беріледі. Тапсырманың приоритеті тұрақты қзындықта болуы мүмкін, немесе процесс шешілуі кезінде өзгерілуі мүмкін.
Сонымен қатар диспетчерлеу келесілерге бөлінеді:
1) ығыстырылатын (preemptive), мұнда орындалу кезінде белгілі бір процессорлық уақыттың кванты беріледі де, ал келесі квантта процессор басқа процесске береді.
2) ығыстырылмайтын(non-preemptive), процесс бұл кездетапсырманың орындалуна кететін процессорлық уақыттың өзіне қажетті барлық уақытты алады, және орындалуы аяқталғаннан кейін ғана басқа процесске беріледі.
Диспетчерлеудің көп кездесетін түрін қарастырайық.
Ең қарапайым түрі − дисциплина FCFS (first come – first served – бірінші келді, бірінші қызмет етілді). Блокировкаға түсілген (немесе күту күйіне түскендер) тапсырмалар дайын күйіне түскенде әлі орындалмаған тапсырматардың алдында жіберіледі. Бұл жерде екі кезек пайда болады: біріншісі - жаңа тапсырма,екіншісі - орындалып жатқан, бірақ күту күйіне түскен. Бұл негізінен ығыстырылмайтын дисциплинаға жатады.Оның артықшылығы іске асуының қарапайымдылығы және тапсырманы кезекке қоюына кететін жүйелік ресурс шығынының аздығы. Ал кемшілігі – күту күйінің орташа уақытының өсуі, сонымен қатар қысқа тапсырмалар еңбексыйымдылығы жоғары тапсырмалар секілді бірдей уақыт күтуіне мәжбүр болады.
Мұндай кемшілікті жою үшін SJN (Shortest Job Next немесе келесіде қысқа тапсырма орындалады) және SRT (Shortest Remaining Time немесе келесіде қысқа уақытты қажет ететін тапсырма орындалады).
SJN ОЖ үшін тапсырманың характеристикасы туралы ақпарат қажет, ол кейбір тілде жазылуы керек (мысалы, JCL – Job Control Language немесе тапсырмаларды басқару тілінде). Қолданушылар орындаудың болжамды уақытын көрсетіп кетуі қажет, ал тапсырма диспетчері нақты уақытпен көрсетілген уақытты салыстырып отырады. Егер уақыттық ресурс көп болса, онда ол оған айыппұл салады.(мысалы, оны кезектің соңына қояды).
SRT кезінде орындалуға қысқа уақытты кажет ететін тапсырма жіберіледі. SJN және SRT ығыстырылмайтын дисциплинаға жатады. RR (Round Robin − круговая или карусельная) дисциплинасында әрбір ресурсқа ие болған кезде q процессорлық уақытқа квант бөлінеді. Тапсырма ресурстан алынып, тапсырмалар кезегінің соңына – орындалуға дайын күйіне - қойылады. Бұл ығыстырылатын дисциплинаға жатады.
Ығыстырылған көптапсырмалылық (Preemptive multi-tasking) диспетчерлеу кезінде иапсырма аз бөліктермен орындалады, басқару бөліктері орындалу аяқталған кезде ОЖге қайтарылады. Оның артықшылығы мақсаттармен бекітілген тапсырманы процессорлық уақыт кезінде алгаритмді жобалауға болады. Ығыстырылған көптапсырмалылықтың мысалы ретінде RR дисциплинасын айтуға болады.
51.Тура уақыт операциялық жүйелерінің техникалық мінездемелері
Тура уақыт операциялық жүйесінің бастапқы техникалық мінездемесі ретінде оның жүйе үзілісіне (interrupt latency) реакция беру уақыты алынады. Қазіргі кезде жүйенің реакция беру уақытын есептеудің қалыптасқан методологиясының болмауына байланысты оны есептеудің мүмкіндігі болмай отыр.
Объектіде орындалатын оқиғалар өлшеуіш құралдармен (датчиктер) тіркеледі. Өлшеуіш құралдар мәліметтері жүйенің енгізу/шығару модульдеріне беріледі. Өлшеуіш құралдардан қабылданған ақпаратты енгізу/шығару модульдері түрлендіреді де, басқарылатын компьютердегі үзіліс жөніндегі сұранысты генерациялайды, яғни объектіде оқиғаның орындалғаны жөнінде сигнал беріледі. Енгізу/шығару модулінен сигнал қабылдаған соң жүйе осы оқиғаны өңдеуші программаны іске қосуы тиіс. Осы тізбекте орындалған объектідегі оқиғадан оны өңдеуші программаның бірінші инструкциясының орындалуына дейін жіберілген уақыт аралығы жүйенің оқиғаға реакция беру уақыты болып табылады. Және тура уақыт жүйесін жобалаумен айналысатын жасаушылар осы уақыт интервалын есептей алатын болуы тиіс. Ал бұл уақыт мөлшері тура уақыт операциялық жүйелерінің түріне тәуелсіз болып, толығымен аппаратурамен анықталады. Ал үзіліске қатысты сұраныстың пайда болуы мен өңдеушінің бірінші инструкциясының орындалуы арасындағы уақыт интервалы операциялық жүйенің қасиеттерімен анықталып, компьютердің архитектурасына тәуелді болады. Бұл уақытты процессор асыра жүктелген жағдайда деп есептеп, жүйе үшін ең нашар жағдайда бағалай алу қажет. Реакция беру уақытын бағалау үшін өлшеу жұмыстары жүргізілген мақсатты жүйенің архитектурасын, өлшеу құралдары мен мен өлшенген уақыт аралықтарын толық сипаттау арқылы жүргізілетін тестілеу нәтижелерін негізге алу қажет.
Кейбір тура уақыт жүйелерінің үзіліске реакция беру уақыты мына диаграммада бейнеленген:
Техникалық сипаттамалардың екінші параметрі контекстілердің алмасу уақыты. Тура уақыт операциялар жүйелеріне параллелизм, яғни бір мезгілде бірнеше оқиғаларды өңдеу мүмкіндігі қарастырылған. Сондықтан мұндай операциялық жүйелер көп тапсырмалық (көп процестік, көпжіптік) болып табылады. Жүйенің параллель оқиғаларды өңдеуіне кететін шығындарын бағалай алу үшін басқарудың процестен процеске өтуіне (тапсырмадан тапсырмаға, «жіптен жіпке»), яғни контекстінің алмасу уақытын білу қажет.
Кейбір тура уақыт жүйелері үшін контекстінің алмасу уақыты мына диаграммада бейнеленген:
Техникалық сипаттаманың үшінші параметрі – жүйенің өлшемдері. Тура уақыт жүйелері үшін жүйенің орындалу өлшемі маңызды параметр болып табылады. Жүйенің орындалу өлшеміне жүйелік жиынтық (ядро, жүйелік модульдер және т.б) қосымшасының жұмыс істеуі үшін минималды қажет болатын қосынды өлшем алынады. Қазіргі кезде бұл параметрдің мәні уақыт өткен сайын неғұрлым азайып келеді. Мысалы, OS-9 тура уақыт операциялық жүйесі ядросының өлшемі MC68XXX микропроцессоры үшін - 22 кБайт, ал VxWorks ТУ ОЖ ядросының өлшемінің мәні 16 кБайт.
Тура уақыт операциялар жүйелерінің негізгі қасиеттерінің бірі – жүйенің тұрақты есте сақтау құрылғыларынан орындалу мүмкіндігі. Бұл қасиет сенімділігі жоғары, энергия шығыны төмен, сыртқы ақпарат тасымалдаушыларын қажет етпейтін шағын кірістірілетін тура уақыт жүйелерін жасау мүмкіндігін береді.