Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Операционные системы реального времени и технологии разработки кроссплатформенного программного обеспечения. Ч.4. Учебное пособие
.pdf
3.4. Мобильные ОС РВ
71
«Аврора Центр» включен в Единый реестр российского ПО и сертифицирован ФСТЭК России.
Основные возможности «Аврора Центр»:
1. управление аппаратными функциями устройств (использование ка-
меры, Bluetooth, Wi-Fi и пр.) на базе ОС Аврора 4 и Android 9-11;
2. управление жизненным циклом корпоративных приложений; уста-
новка, обновление и удаление приложений;
3. обновление и контроль версий ОС Аврора на устройствах;
4. оперативный режим управления – например, блокировка
устройств, удаление с них данных по запросу;
5. диагностика и аудит событий с устройств, действий операторов,
применения политик, получение лога с устройств;
6. инвентаризация и мониторинг состояния устройств и действий
пользователей.
Мобильная система Вооружённых сил [38]
Является защищённой ОС общего назначения. Предназначается для
построения стационарных защищённых автоматизированных систем.
Основывается на GNU/Linux и представляет собой многопользовательскую многозадачную сетевую ОС, поддерживающую многопроцессорные конфигурации. Выполнение функционирования происходит на следующих аппаратных платформах: Intel, SPARC (Эльбрус-90микро) и MIPS
(комплексы серии Багет производства компании Корунд-М). Также содержит средства мандатного управления доступом, списки контроля доступа,
ролевую модель.
Одной из отличительных особенностей данной ОС является то, что она
способна функционировать как с многопроцессорными, так и с кластерными конфигурациями в режиме командной строки или графического интерфейса.
Обладает высоким уровнем безопасности, который обеспечивается за
счёт встроенных средств защиты от внешнего доступа.
По результатам сертификационных испытаний Министерства обороны
Российской Федерации операционная система МСВС 5.0 получила следующие сертификаты по требованиям безопасности информации:
− ОС МСВС 5.0 (ЦАВМ.11004-01) № 1607 от 28.09.2011 г. – для
64-разрядной аппаратной платформы Intel 64;
3. Классификация ОС РВ
72
− ОС МСВС 5.0 (ЦАВМ.11004-05) № 1785 от 05.02.2012 г. – для
64-разрядной аппаратной платформы PowerPC.
Android [39]
Данная ОС получила широкое распространиние в смартфонах, план-
шетах, электронных книгах, часах, игровых приставках, ноутбуках, телевизорах и пр. На конференции разработчиков в мае 2018 г. Google объявила,
что за всю историю Android было активировано более 2 млрд Androidустройств. Основана на ядре Linux и собственной реализации виртуальной
машины Java компании Google. В настоящее время поддержку и развитие
платформы осуществляет альянс Open Handset Alliance.
Android выполняет запуск Java-приложений, которые управляют
устройством, посредством разработанных Google библиотек. Android
Native Development Kit позволяет портировать библиотеки и компоненты
приложений, написанные на Си и других языках.
Приложения ОС Android обладают нестандартным байт-кодом с фор-
матом установочного пакета .APK.
Для взаимодействия с приложениями могут использоваться следую-
щие библиотеки:
1. Bionic. Представляет собой библиотеку стандартных функций, ко-
торая несовместима с glibc;
2. мультимедийные библиотеки на базе PacketVideo OpenCORE с
поддержкой форматов: MPEG-4, H.264, MP3, AAC, AMR, JPEG и PNG;
3. движок двухмерной графики SGL;
4. движок трёхмерной графики (OpenGL ES 1.0 ES 2.0);
5. движок обработки шрифтов FreeType;
6. протокол, обеспечивающий безопасную передачу данных по сети SSL.
В сравнении с приложениями Linux, приложения Android подчиняются
дополнительным правилам, среди которых:
1. обмен данными между приложениями;
2. доступ к таким ресурсам, как файлы XML, PNG, JPEG;
3. управление активными приложениями.
На рис. 22 представлен стек проекта Android с открытым кодом.
К настоящему моменту разработано огромное число ОС на основе открытого исходного кода Android. Такие ОС получили наименование «оболочки Android». Разработка подобных оболочек (как правило, для смартфонов и планшетов) обуславливается необходимостью в расширении
3.4. Мобильные ОС РВ
73
функционала текущей системы, повышении производительности, поддержки собственной ОС или, например, для внедрения собственных сервисов вместо Google Play Services. Большинство оболочек Android предоставляет свои алгоритмы безопасности пользователей, но в то же время использует патчи безопасности для Android. При использовании оболочек Android
так же, как и при использовании большинства других Unix-подобных ОС,
существует возможность получить права суперпользователя, что автоматически ставит устройство под угрозу, так как, если вирусное ПО получит доступ к правам суперпользователя, то оно может сильно повредить устройство, как программно, так и физически.
Рис. 22. Стек проекта Android с открытым исходным кодом
Специалисты отмечают, что Android превосходит своего главного кон-
курента Apple iOS по некоторым критериям, среди которых выделяют: вебсёрфинг, интеграцию с сервисами Google и пр. Кроме того, Android обладает открытой платформой, что позволяет реализовать разработчикам собственные функции. Android доступен для таких аппаратных платформ, как
ARM, MIPS, x86.
Ограничение на установку программ из «непроверенных источников»
может быть снято в настройках, что приведет к возможности любым разработчикам выполнять написание приложений для Android и сразу же их тестировать на собственном устройстве.
3. Классификация ОС РВ
74
KitKat
Данная версия ОС в первую очередь ориентирована на оптимизацию
системы с целью повышения производительности на устройствах начального уровня с ограниченными ресурсами. По состоянию на январь 2023 г.
0,7 % всех устройств Android, имеющих доступ к Google Play, работали
на KitKat.
Инструмент развития, известный как proctools, разработан для анализа
использования памяти приложениями с течением времени, особенно тех, у
которых работают фоновые службы. Эти данные были использованы для
оптимизации и отвязки приложений и сервисов Google, которые являются
неэффективными, за счет чего снижается потребление памяти. Кроме того,
Android K был разработан, чтобы быть более агрессивным в управлении памятью: помощь защиты от приложений тратит слишком много памяти.
Доступ для записи на карты памяти MicroSD для несистемного (установленного пользователем) программного обеспечения был отключен в
этой версии Android, и нет официальной возможности вручную предоставить выбранным приложениям доступ для записи.
Jellybean
Первый из трех выпусков – 4.1 – был посвящен улучшениям производительности, призванным сделать операционную систему более плавной и
отзывчивой, а также улучшениям в системе уведомлений, позволяющим
расширять уведомления с помощью кнопки действий и другие внутренние
изменения. Еще два выпуска были выпущены под названием Jelly Bean, в
том числе 4.2, который включал дальнейшие оптимизации, многопользовательскую поддержку планшетов, виджеты экрана блокировки, быстрые
настройки и заставки, и 4.3, который содержал дополнительные улучшения
и обновления базовой платформы Android. Версии Jelly Bean прекратили
поддержку 31 января 2021 г. компанией Google. По состоянию на 4 августа
2022 г. 0,3% всех устройств Android, имеющих доступ к Google Play, запускают Jelly Bean.
Marshmallow
Данная версия ОС представила новую архитектуру разрешений, новые
API-интерфейсы для контекстных помощников, новую систему управления
питанием, которая снижает фоновую активность, когда устройство физически не обрабатывается, встроенная поддержка распознавания отпечатков
3.4. Мобильные ОС РВ
75
пальцев и разъемов USB-C, возможность переноса данных и приложений
на карту microSD.
Google Fuchsia [40]
ОС разработана компанией Google. Она базируется на микроядре
«Zircon», производном от «Little Kernel». Представляет собой ОС, которая
предназначается для встраиваемых систем. Предполагает возможность работы на универсальных устройствах, от встроенных систем до смартфонов,
планшетов и персональных компьютеров. Распространяется как свободное
и открытое программное обеспечение с лицензиями, включая BSD 3, MIT и
Apache 2.0. Благодаря комплекту разработки программного обеспечения
Flutter, предлагающему кроссплатформенные возможности, пользователи
могут устанавливать части Fuchsia на устройствах Android (см. рис. 23).
Рис. 23. Архитектура ОС Google Fuchsia
3. Классификация ОС РВ
76
GRACE-OS [41]
Данная ОС РВ представляет собой планировщик ЦПУ в режиме мяг-
кого реального времени для мобильных устройств. Планировщик, который
реализован внутри ядра Linux, состоит из трёх элементов:
1. профайлера;
2. планировщика;
3. адаптера скорости.
Профайлером выполняется мониторинг коэффициента загрузки цикла
отдельных задач, планировщиком – выделение циклов для задач и их планирование, за счёт чего обеспечивается требуемая производительность,
адаптером скорости – динамическое регулирования скорости ЦПУ
(см. рис. 24).
Рис. 24. Архитектура GRACE-OS
Sailfish OS [42]
Основывается на проектах с открытым исходным кодом и включает
компоненты с закрытым исходным кодом. Данная ОС основывается на
фреймворке Qt. Пользовательский интерфейс формируется на QML и
управляется Wayland. Для взаимодействия с сенсорами поддерживаются
стандартные API Qt. Российская операционная система для смартфонов Аврора представляет собой форк Sailfish OS.
Особенности Sailfish OS:
− приложения Android могут работать под данной ОС благодаря спе-
циализированному ПО Alien Dalvik;
3.4. Мобильные ОС РВ
77
− SDK основан на Qt и обладает всеми его инструментами: редактор
кода, дизайнер, отладчик;
− приложения создаются на QML c использованием QtQuick и ком-
понентов библиотеки Silica от Jolla;
− поддержка архитектуры Intel.
iOS [43]
Представляет собой ОС для смартфонов, электронных планшетов, ноутбуков и пр. Выпущена американской компанией Apple в 2007 г.
В iOS используется ядро XNU, основанное на микроядре Mach и содержащее программный код, разработанный компанией Apple, а также код
из ОС NeXTSTEP и FreeBSD. Ядро iOS почти идентично ядру настольной
операционной системы Apple macOS (ранее называвшейся OS X). Начиная
с самой первой версии iOS работает только на планшетных компьютерах и
смартфонах с процессорами архитектуры ARM.
Flyme OS [44]
ОС на базе Android для смартфонов и планшетов с открытым исходным кодом является модифицированной системой Android.
Flyme OS – это прошивка на основе операционной системы Android с
открытым исходным кодом, разрабатываемая компанией Meizu Technology
Ltd. Обладает сильно изменённым (по сравнению с оригинальной ОС) пользовательским интерфейсом – в котором отсутствует меню приложений.
Помимо прочих улучшений, она включала усовершенствованные облачные службы и встроенную поддержку root-доступа.
Flyme OS стала одной из первых оболочек Android, включавших
«плоский» пользовательский интерфейс.
Flyme OS сочетает простую и интуитивно понятную компоновку системных приложений с плавной и быстрой анимацией переходов.
В Flyme OS была добавлена функция разблокировки смартфона по
лицу, и доступна она только в версии Flyme 7.
Flyme OS, оболочка Flyme 8, получила режим Small Window Mode 2.0,
который поддерживает открытие некоторых приложений поверх основного
интерфейса.
Fire OS [45]
Мобильная операционная система с закрытым исходным кодом, основанным на базе Android, созданная Amazon для собственных смартфонов
Fire Phone, электронных книг Kindle Fire, планшетов, иных устройств типа
3. Классификация ОС РВ
78
Amazon Fire. Основной акцент в Fire OS сделан на потребление контента,
кастомизированом пользовательским интерфейсом, и привязке к сер-
висам Amazon.
Интерфейс пользователя в Fire OS, ориентированный на работу с контентом, использует в качестве метода навигации «карусель». В системе
обеспечена тесная интеграция с магазином приложений Amazon Appstore,
облачным хранилищем и различными соцсетями, в том числе и с Goodreads.
Для экономии заряда аккумулятора в Fire OS представлен специальный режим чтения, при котором процессор переводится в режим минимального потребления энергии, отключаются все лишние части ОС, а выведенные страницы сохраняются в отдельной памяти с низким энергопотреблением.
Отличительной собенностью Fire OS является кнопка «Mayday», посредством которой можно получить бесплатную техподдержку с ответом
на вопрос на протяжении 15 секунд. В этом случае специалисты получают
полный удалённый контроль над устройством с целью диагностики и решения проблемы. При этом для защиты информации пользователя все данные
на пользовательском разделе хранятся в зашифрованном виде.
LineageOS [46]
Бесплатная ОС для смартфонов и планшетов с открытым исходным кодом, основанным на ОС Android, предназначена для замены проприетарных
версий прошивок Android, предустанавливаемых поставщиками мобильных
устройств. Открытый исходный код и отсутствие пакета предустановленных
сервисов Google обеспечивают безопасность и конфиденциальность.
По состоянию на 2021 г. LineageOS официально поддерживает
189 устройств, включая устройства Nexus и Google. Официальные разработки на текущей ветке развития обозначаются как «ночные», хотя они, как
правило, выпускаются раз в неделю, а сборки для различных устройств разбросаны по всей неделе, чтобы облегчить нагрузку на автоматизированную
инфраструктуру построения.
3.5. Системы на кристалле
Под системой на кристалле понимается электронная схема, которая
выполняет функции какого-либо устройства. Данная электронная схема
размещается на одной интегральной схеме. Система на кристалле имеет
3.5. Системы на кристалле
79
возможность оперировать не только цифровыми сигналами, но и аналоговыми и аналого-цифровыми, а также частотами радиодиапазона. Подобные
системы применяются в портативных и встраиваемых системах.
Типичная система на кристалле состоит:
1. из одного или нескольких микроконтроллеров, микропроцессоров
или ядер цифровой обработки сигналов;
2. из банка памяти, который включает модули ПЗУ, ОЗУ, ППЗУ
или флеш;
3. из источника опорной частоты (кварцевые резонаторы и схемы фа-
зовой автоподстройки частоты);
4. из таймеров, счётчиков, цепи задержки;
5. из блоков цифроаналоговых и аналого-цифровых преобразователей;
6. из регуляторов напряжения и стабилизаторов питания.
В состав программируемых систем на кристалле также входят блоки
программируемых логических матриц, а в состав программируемых аналого-цифровых систем – программируемые аналоговые блоки.
Преимуществом систем на кристалле над микросхемами является их
дешевизна и высокий уровень надежности. Проектирование и отладка одной большой и сложной системы на кристалле оказывается более дорогим
процессом, чем серии из маленьких.
В процессе проектирования систем на кристалле возникают проблемы,
связанные с задержками и рассинхронизацией сигналов. Эти проблемы являются критическими в процессе формирования сетевых структур. Для их
решения необходимо использовать беспроводные сети на кристалле, благодаря которым появится возможность обойти ограничения классических сетей, а также обеспечить связь между наномасштабными компонентами
микросхем и макроуровнем.
Структура типовой системы на кристалле представлена на рис. 25.
MicroBlaze [47]
Представляет собой soft-процессорное ядро компании Xilinx, предназначенное для использования в программируемых логических интегральных схемах. Данное ядро реализуется посредством стандартной логики и
блоков памяти ПЛИС. С точки зрения архитектуры, MicroBlaze схож с процессором RISC DLX-архитектуры. MicroBlaze способно осуществлять выполнение по одной инструкции за такт, сохраняя при этом производительность практически в любых условиях.
3. Классификация ОС РВ
80
Рис. 25. Структура типовой системы на кристалле
MicroBlaze обладает универсальными средствами связи с периферией.
За счет этого MicroBlaze возможно использовать в различных встроенных
приложениях. Для доступа к внутренней памяти ПЛИС MicroBlaze использует специальную шину LMB, что снижает нагрузку на другие шины. Подключение сопроцессора возможно средствами специального соединения,
подобного FIFO. Интерфейс с сопроцессором повышает скорость функционирования алгоритмов, имеющих большое количество вычислений, за
счет передачи части вычислений в созданный аппаратный блок.
Следующие параметры MicroBlaze можно конфигурировать:
− размер кэш;
− длина конвейера;
− встроенная периферия;
− блок управления памятью;
− шинные интерфейсы и др.
Так, с целью оптимизации по количеству занимаемых ресурсов ПЛИС
следует применять MicroBlaze с 3-уровневым конвейером. В этом случае
будет происходить высвобождение дополнительных ресурсов за счет
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]