1.3Операционная система qnx

1.3.1 Архитектура qnx

Архитектура — это то, чем операционные системы семейства QNX, несмотря на большое внешнее сходство, отличаются от операционных систем семейства UNIX. Центральным понятием в QNX является микроядро (microkernel). Грубо говоря, микроядро почти ничего само не делает, являясь своего рода коммутирующим элементом, к которому с помощью дополнительных программных модулей добавляется та или иная функциональность. Кстати, раньше название "Neutrino" распространялось только на микроядро, теперь — на всю ОС. Кроме микроядра в ОСРВ QNX есть еще один важный элемент — Администратор процессов (Process Manager). Микроядро QNX Neutrino скомпоновано с Администратором процессов в единый модуль procnto — главный (и единственный необходимый для работы системы) компонент. Если нам надо, чтобы система реально делала какую-то работу, мы должны запустить соответствующий процесс, выполняющий эту работу. Программы, реализующие сервисные функции, называют администраторами ресурсов (Resourсe Manager). Есть администраторы ресурсов, обеспечивающие доступ к дискам, сети и т. д. Все эти программы связаны воедино микроядром и слаженно взаимодействуют с помощью механизма сообщений. Следует заметить, что существуют различные дополнительные варианты модуля procnto (не говоря о версиях для разных процессоров): procnto-smp — вариант модуля procnto с поддержкой симметричной многопроцессорности; procnto-instr — вариант модуля procnto, оборудованный средствами трассировки событий. procnto-smp-instr – модуль, совмещающий два вышеперечисленных. На самом деле функциональность ОС можно расширять не только с помощью процессов, но и с помощью библиотек динамической компоновки DLL (Dynamic Link Library). Правильнее будет сказать, что как функциональность ОС расширяется с помощью процессов, так функциональность процессов расширяется с помощью DLL. Более того, каждый администратор ресурсов может быть реализован или как программа, или как DLL. Таким образом, в общем случае QNX Neutrino представляет собой группу процессов, работающих в изолированных адресных пространствах, взаимодействующих через микроядро и включающих: администратор процессов, скомпонованный с микроядром; администраторы ресурсов; прикладные программы. Достоинства такой архитектуры очевидны: достаточно высокая надежность (т. к. при сбое любого из системных процессов, кроме procnto, остальные процессы продолжают работать), простота реконфигурирования системы и добавления новых сервисов (и наоборот — простота урезания системы, создания встраиваемых конфигураций с требуемой функциональностью), простота отладки системных сервисов (т. к. это обычные программы). С другой стороны очевидны и недостатки, отсутствующие у монолитных систем: частое переключение контекста (и, как следствие, высокие накладные расходы на выполнение ряда операций), необходимость копирования данных между процессами, решающими одну задачу. Чтобы продолжить обсуждение архитектуры QNX Neutrino, следует ввести понятие "потока", или "потока управления" (thread — "нить"). Напомним, что процесс — это выполняющаяся программа. Он включает код и данные программы, а также различную дополнительную информацию — переменные системного окружения и т. п. Поток управления — это фрагмент процесса, содержащий непрерывную последовательность команд, которые могут выполняться параллельно с другими потоками (потоками управления) того же процесса. Процесс является, по сути дела, контейнером потоков и содержит как минимум один поток. Потоки весьма полезны в ряде случаев, поэтому поддержка потоков — обязательное свойство POSIX- совместимых ОС. Обычно потоки используют: для распараллеливания задачи на многопроцессорных ЭВМ; для более эффективного использования процессора (например, пока один поток ожидает пользовательский ввод, другой может выполнять расчеты); для облегчения совместного использования данных (все потоки процесса имеют свободный доступ к данным процесса). Микроядро работает только с потоками и "ничего не знает" о процессах. Процессами управляет Администратор процессов. Таким образом, операционная система QNX является полностью модульной ОС, которая может выполняться практически на любых типах цифровых устройств.