作業(yè)系統(tǒng)原理課件

1、Operating System Principles作業(yè)系統(tǒng)原理 CHAPTER19 即時(shí)系統(tǒng)Real-time System 著者ABRAHAM SILBERSCHATZYale UniversityPETER BAER GALVINCorporate TechnologiesGREG GAGNEWestminster College譯者駱詩(shī)軒 駱詩(shī)富 鄧俊修投影片編撰 鄧有光Operating System Principles作業(yè)CHAPTER19 即時(shí)系統(tǒng)Real-Time System191 概觀192 系統(tǒng)特性193 即時(shí)核心的特性194 即時(shí)作業(yè)系統(tǒng)的製作195 即時(shí)CPU排班

2、196 VxWork5.xCHAPTER19 即時(shí)系統(tǒng)Real-Time Sys19.1 概觀即時(shí)系統(tǒng)(real-time system)不只是一個(gè)結(jié)果需要被“正確的”計(jì)算，而且結(jié)果也要在一個(gè)特定截止期限內(nèi)被產(chǎn)生。在截止期限已經(jīng)超過(guò)之後，即使產(chǎn)生的結(jié)果正確也可能沒(méi)有價(jià)值。 即時(shí)系統(tǒng)被認(rèn)為安全臨界系統(tǒng)(safety-critical system)。在安全臨界系統(tǒng)中，不正確的操作 (通常因?yàn)殄e(cuò)過(guò)期限)會(huì)造成某些大災(zāi)難。在安全臨界系統(tǒng)的例于中包括武器系統(tǒng)、反鎖死煞車系統(tǒng)、飛行管理系統(tǒng)及健康相關(guān)的嵌入式系統(tǒng)，像是心律調(diào)整器。在這些情形下，即時(shí)系統(tǒng)必須在特定期限之前一定要回應(yīng)事件:否則，嚴(yán)重的受傷 (

3、或更壞的事)可能發(fā)生。19.1 概觀即時(shí)系統(tǒng)(real-time system)192 系統(tǒng)特性單一目的小尺寸不昂貴地大量生產(chǎn)特定時(shí)間點(diǎn)需求192 系統(tǒng)特性單一目的193 即時(shí)核心的特性多種週邊裝置，諸如圖形顯示器，CD和數(shù)位影像光碟保護(hù)和安全機(jī)制多個(gè)使用者支援這些特色通常會(huì)造成一個(gè)複雜且大的核心。舉例來(lái)說(shuō)，Windows訂 有超過(guò)四千萬(wàn)行的原始碼。相反的，一個(gè)典型的即時(shí)作業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常非常地簡(jiǎn)單，時(shí)常寫(xiě)成數(shù)千行而非數(shù)以百萬(wàn)行的原始碼。我們不期待這些簡(jiǎn)單的系統(tǒng)包括上述所列出的特色。因?yàn)榇蠖鄶?shù)的即時(shí)系統(tǒng)服務(wù)單一目的，它們只是不需要像桌上型個(gè)人電腦有那麼多特色。一個(gè)基本的即時(shí)系統(tǒng)不包括使用者的主張

4、:系統(tǒng)常常只是支援等候來(lái)自硬體裝置少數(shù)的輸入工作(感應(yīng)器、視覺(jué)辨識(shí)等等)。如果沒(méi)有快速處理器和大量記憶體的話，是不可能提供標(biāo)準(zhǔn)桌上型作業(yè)系統(tǒng)所支援的特色。193 即時(shí)核心的特性多種週邊裝置，諸如圖形顯示器，C194 即時(shí)作業(yè)系統(tǒng)的製作19.4.1 以優(yōu)先權(quán)為基礎(chǔ)的排班(priority)即時(shí)作業(yè)系統(tǒng)最重要的特性是一旦即時(shí)行程需要中央處理器時(shí)，作業(yè)系統(tǒng)能立即回應(yīng)。因此，即時(shí)作業(yè)系統(tǒng)的排班器必須支援搶先式優(yōu)先權(quán)為基礎(chǔ)的演算法。以優(yōu)先權(quán)為基礎(chǔ)的排班演算法，是依據(jù)每一個(gè)行程的重要性分配優(yōu)先權(quán):較重要的任務(wù)比它認(rèn)為較不重要的分配到較高優(yōu)先植。如果排班器也支援搶先式，當(dāng)另一個(gè)比較高優(yōu)先權(quán)的行程變成可以執(zhí)行

5、時(shí)，一個(gè)目前在中央處理器執(zhí)行的行程將被搶先。19.4.2 可搶先核心(preemption)可搶先核心允許搶佔(zhàn)在核心模式下執(zhí)行的任務(wù)194 即時(shí)作業(yè)系統(tǒng)的製作19.4.1 以優(yōu)先權(quán)為基礎(chǔ)19.4.3 最低潛伏期19.4.3 最低潛伏期作業(yè)系統(tǒng)原理課件195 即時(shí)CPU排班一個(gè)週期性行程隨著時(shí)間的執(zhí)行。排程器可以利用這種關(guān)係，並且依照截止期限或週期行程的需求分配優(yōu)先權(quán)。 這種排班形式比較特別的地方是行程可能必須對(duì)排班器宣佈它的最後期限需求。然後，使用一種稱為許可控制 (admission-control)演算法的技術(shù)，排班器不是允許行程執(zhí)行 (但保證行程準(zhǔn)時(shí)完成)，或者如果它無(wú)法保證任務(wù)在它的最

6、後期限之前服務(wù)時(shí)，就是拒絕不可能的請(qǐng)求。195 即時(shí)CPU排班一個(gè)週期性行程隨著時(shí)間的執(zhí)行。排程19.5.1 單調(diào)速率排班法單調(diào)速率 (Rate-monotonic)排班演算法使用可搶先的靜態(tài)優(yōu)先權(quán)策略排班週期性的任務(wù)。如果一個(gè)優(yōu)先權(quán)較低的行程正在執(zhí)行，而另一個(gè)較高優(yōu)先權(quán)行程可以執(zhí)行時(shí)，它將會(huì)搶去優(yōu)先權(quán)較低的行程。每個(gè)週期性任務(wù)一旦進(jìn)入系統(tǒng)，將依據(jù)它的週期的反比分配優(yōu)先權(quán):愈短的週期，有愈高的優(yōu)先權(quán);愈長(zhǎng)的週期，有愈低的優(yōu)先權(quán)。這項(xiàng)策略背後的基本理由是分配給需要更多CPU用量的任務(wù)有較高優(yōu)先權(quán)。19.5.1 單調(diào)速率排班法單調(diào)速率 (Rate-mo作業(yè)系統(tǒng)原理課件作業(yè)系統(tǒng)原理課件19.5.2 最早截止期限優(yōu)先排班(earliest-deadline-first, EDF)19.5.2 最早截止期限優(yōu)先排班(earliest-d19.5.3 比例分享排班比例分享(Proportional share)排班器藉由在所有應(yīng)用程式配置T個(gè)分享的方式來(lái)操作。應(yīng)用程式單位時(shí)間能接收N次分享的時(shí)間，因此確定應(yīng)用程式將有N/T的完整處理器時(shí)間。例如，假定總數(shù)為r=l00次分享在三個(gè)行程A、B和C之間分配。A分配50個(gè)分享,B分配 15個(gè)分享和C分配20個(gè)分享。這個(gè)技巧確保A有處理器