ПЗ АСУ ТП

Тема 2.1. Операційні системи та бази даних реального часу.

Лекція 6.

Операційні системи та бази даних реального часу.

1. Архітектура побудови операційних систем реального часу.

2. Основні вимоги до систем реального часу.

3. Промислові операційні системи реального часу.

4. Бази даних реального часу.

Реальний час (IEEE 610.12 - 1990) : відноситься до системи або режиму роботи, в якому обчислення проводяться впродовж часу, визначеного зовнішнім процесом, з метою управління або моніторингу зовнішнього процесу за результатами цих обчислень.

Системи реального часу - це системи, які передбачувано (у сенсі часу реакції) реагують на не передбачувані (за часом появи) зовнішні події.

Якщо невиконання завдання в критичний термін обслуговування означає, що вона взагалі не була виконана, то такі завдання називають завданнями жорсткого реального часу. У більшості випадків про завдання жорсткого реального часу говорять тоді, коли порушення термінів критичного обслуговування може завдати значного матеріального або фізичного збитку. До завдань м'якого реального часу відносять випадки, коли порушення критичного часу обслуговування веде до неприємних, але допустимих наслідків (наприклад, вимагає додаткової обробки).

Якщо СРВ будується як програмний комплекс, то, в загальному вигляді, вона може бути представлена як комбінація трьох компонент (таблиця 1) : прикладне програмне забезпечення, операційна система реального часу (ОСРЧ) і апаратне забезпечення. При розробці СРЧ потрібний ретельний аналіз відповідності характеристик цих трьох компонент вимогам зовнішнього об'єкту, для управління або моніторингу яким ця СРЧ призначена. Як вже говорилося, проведення такого аналізу вимагає, що б тимчасові характеристики усіх компонент системи були добре прогнозованими.

У цілому ряду завдань автоматизації програмні комплекси повинні працювати як складова частина більших автоматичних систем без безпосередньої участі людини. У таких випадках СРЧ називають вбудовуваними. Вбудовувані системи (Embedded systems) можна визначити як програмне і апаратне забезпечення, що становить компоненти іншої більшої системи і яке працює без втручання людини.

1. Архітектура побудови операційних систем реального часу.

Один з перших принципів побудови, т.з. монолітні ОС (рис. 1), полягав в представленні ОС як набору модулів, що взаємодіють між собою по-різному усередині ядра системи і які надають прикладним програмам вхідні інтерфейси для звернень до апаратури. Головним недоліком такої архітектури є погана передбачуваність її поведінки, викликана складною взаємодією модулів системи між собою.

Рисунок 1. Архітектура монолітної ОС

Однією з найбільш ефективних архітектур для побудови операційних систем реального часу вважається архітектура клієнт - сервер. Загальна схема ОС працююча за цією технологією представлена на рисунку 2. Основним принципом такої архітектури є винесення сервісів ОС у вигляді серверів на рівень користувача, а мікроядро виконує функції диспетчера повідомлень між клієнтськими призначеними для користувача програмами і серверами - системними сервісами. Така архітектура дає масу плюсів з точки зору вимог до ОСРЧ і вбудовуваних систем. Серед цих переваг можна відмітити:

1. Підвищується надійність ОС, оскільки кожен сервіс являється, по суті, самостійним застосуванням і його легше відлагодити і відстежити помилки.

2. Така система краще масштабується, оскільки непотрібні сервіси можуть бути виключені з системи без збитку до її працездатності.

3. Підвищується відмовостійкість системи, оскільки «завислий» сервіс може бути перезапущений без перезавантаження системи.

Рисунок 2. Побудова ОС з використанням архітектури клієнт-сервер

Серед відомих ОСРЧ, що реалізовують архітектуру мікроядра, можна відмітити OS9 і QNX.

Існує два типи ОС РЧ. Перший тип ОС є ядром реального часу. Ядра реального часу представляють користувачеві такі базові функції, як планування і синхронізація завдань, міжзадачні комунікації, управління пам'яттю і тому подібне (RTKernel, AMX). Другий тип ОС - на додаток до вищеописаних функцій мають файлову систему, мережеву підтримку, інтерфейс з оператором і інші засоби високого рівня.