پایان نامه سيستم عاملهای بلادرنگ
مقدمه:
مهمترين کاربرد سيستمهای بلادرنگ در رابطه با عمليات کنترل پردازش است . خاصيت مهم سيستم عاملهای بلادرنگ اين است که هر فعل و انفعال با کامپيوتر بايستی يک پاسخ در مدت زمانی که از قبل تعيين شده است دريافت دارد . سيستم بايستی بتواند اين زمان پاسخ را گارانتی بکند (عواقب زمان پاسخ بد در رابطه با سيستمی که يک هواپيما و يا يک کارخانه شيميايی را کنترل ميکند را ميتوان براحتی تصور کرد ) . مسئله زمان پاسخ در عمل به اين معناست که معمولاً نرم افزار بصورت خاص-منظور است و به کاربرد بخصوصی اختصاص يافته است . دستگاههای جنبی چنين سيستمهايی نيز به احتمال قوی دستگاههای بخصوصی هستند . مثلاً ممکن است که از وسايل حس کننده که با سيگنالهای آنالوگ عمل می کنند به جای ترمينالهای عادی استفاده شوند
مشخصات سيستمهای عامل بلادرنگ:
سيستمهای عامل بلادرنگ را ميتوان با داشتن ملزومات يگانه در پنج حوزه عمومی زير مشخص نمود:
· قطعی بودن
· پاسخ دهی
· کنترل کاربر
· قابليت اطمينان
· نرمش با خطا
سيستم عاملی قطعی است که عمليات خود را در زمانهای ثابت يا فواصل زمانی از پيش تعيين شده ، انجام دهد. وقتی چند فرايند در رقابت برای منابع و زمان پردازنده هستند ، هيچ سيستمی نمی تواند قطعی باشد. در يک سيستم عامل بلادرنگ ، درخواستهای فرايند برای خدمت توسط رخدادها و زمانبندی های خارجی اعمال می شود. ميزان پاسخگويي سيستم عامل به درخواستها ، اولاً به سرعتی که می تواند به وقفه ها پاسخ دهد و ثانياً به اينکه آيا سيستم ظرفيت کافی برای اداره تمام درخواستها ، در زمان معلوم دارد يا خير، وابسته است .
يک معيار مفيد برای قابليت عملکرد قطعی سيستم عامل، حداکثر تأخير از زمان ورود يک وقفه دستگاه با اولويت بالا ، تا زمان شروع خدمت است . در سيستم های عامل غير بلا درنگ ، اين تأخير ممکن است در محدوده دهها تا صدها ميلی ثانيه باشد ، در حاليکه در يک سيستم عامل بلادرنگ ممکن است اين تأخير حد بالايي از محدوده چند ميکرو ثانيه تا يک ميلی ثانيه داشته باشد .
يک مشخصه مربوط ولی مجزا ، پاسخ دهی است. قطعی بودن درباره اين است که سيستم عامل پس از تصديق ، چه مدت صرف خدمت دادن به وقفه می نمايد . موارد پاسخ دهی عبارتند از :
1. مقدار زمان لازم برای اداره اوليه وقفه و شروع به اجرای روال خدماتی وقفه . اگر برای اجرای روال خدماتی وقفه نياز به تغيير متن باشد ، تأخير بيش از حالتی است که می توانست روال خدماتی وقفه در متن فرايند جاری اجرا گردد .
2. مقدار زمان لازم برای اجرای روال خدماتی وقفه. معمولاً اين زمان بستگی به سخت افزار دارد.
3. تأثير تو در تو بودن وقفه ها . اگر يک روال خدماتی وقفه با ورود وقفه ديگری دچار وقفه شود، خدمت مربوط به آن دچار تأخير ميگردد.
قطعی بودن و پاسخ دهی به همراه هم ، زمان پاسخ به رخدادهای خارجی را تعيين می کنند. ويژگی زمان پاسخ در سيستم های بلادرنگ بسيار حساس است ، زيرا چنين سيستم هايي بايد نيازهای زمانی اعمال شده توسط افراد ، دستگاهها و جريان داده ها در خارج از سيستم را رعايت کنند.
عموماً کنترل کاربر در يک سيستم بلادرنگ بسيار وسيع تر از کنترل کاربر در سيستم عامل عادی است .
در سيستم عامل عادی، کاربر يا هيچ گونه کنترلی بر عمل زمانبندی ندارد يا فقط می تواند رهنمونهای کلی ارائه کند. مثلاً کاربران را از نظر اولويت طبقه بندی نمايد . ولی در يک سيستم بلادرنگ لازم است به کاربر اجازه کنترل دقيق اولويت وظيفه داده شود. کاربر بايد بتواند ميان وظيفه های سخت و نرم تفاوت قائل شود و اولويتهای نسبی در هر طبقه را تعيين نمايد . همچنين يک سيستم بلادرنگ به کاربر اجازه می دهد تا مشخصاتی مثل استفاده از صفحه بندی يا مبادله فرا يند ، کدام فرايندها بايد در حافظه اصلی مقيم باشند ، کدام الگوريتم های انتقال از ديسک به کار گرفته شوند و اينکه فرايندهای در اولويتهای متفاوت چه حقوقی داشته باشند را تعيين نمايد .
قابليت اطمينان :
قابليت اطمينان نوعاً در سيستم های بلادرنگ بسيار مهمتر از سيستم های عادی است .
يک خرابی گذرا در سيستم غير بلادرنگ ممکن است تا تعمير يا تعويض آن ، منجر به سطح خدمت دهی پايين تر گردد . ولی در سيستم بلادرنگی که در حال پاسخ دهی و کنترل رخدادها در زمان حقيقی است ، از دست رفتن يا کاهش کارآمدی يک پردازنده می تواند عواقب فاجعه آميزی (از ضرر مادی گرفته تا آسيب ديدگی کلی دستگاهها يا حتی ازدست رفتن جانها )داشته باشد.
همانگونه که در ساير موارد نيز ديده می شود . تفاوت سيستم عامل بلادرنگ و غير بلادرنگ در يک درجه است . حتی يک سيستم بلادرنگ نيز بايد به گونه ای طراحی شود که به حالات مختلف خرابی ، پاسخ دهد.
نرمش با خطا:
به مشخصه ای اشاره دارد که با خرابی سيستم ، تا حد ممکن قابليتها و داده های آن حفظ شود . مثلاً يک سيستم سنتی UNIX ، وقتی خراب شدن داده ها در هسته سيستم عامل را تشخيص دهد ، يک پيام شکست بر روی ميز فرمان متصدی ارائه کرده ، محتويات حافظه را برای تجزيه و تحليل بعدی شکست ، بر روی ديسک تخليه می کند و به اجرای سيستم پايان می دهد .
در مقابل، يک سيستم بلادرنگ سعی بر اين دارد که يا اشکال را تصحيح کنديا در حاليکه به اجرا ادامه می دهد تأثيرات اشکال را حداقل سازد . نوعاً ، سيستم به کاربر يا فرايند کاربر اطلاع می دهد که بايد عمل اشکال زدايي را آغاز کند و سپس به عمليات خود (احتمالاًدر سطح پايين تری از خدمت دهی ) ادامه می دهد. در صورتی که خاموش کردن سيستم لازم باشد ، برای حفظ سازگاری پرونده و داده ها نيز تلاش خواهد شد.
يکی از موارد مهم نرمش با خطا به عنوان پايداری شناخته می شود. يک سيستم بلادرنگ پايدار در مواردی که ارضای تمام مهلتهای زمانی وظيفه غير ممکن باشد ، مهلتهای زمانی وظيفه های بسيار حساس و اولويت بالاتر را (حتی با عدم رعايت مهلتهای زمانی وظيفه های با حساسيت کمتر ) برآورده می کند.
برای برآوردن نيازهای ذکر شده ، سيستمهای بلادرنگ امروزی نوعاً شامل خصوصيات زير هستند :
· تعويض سريع فرايند يا نخ
· اندازه کوچک
· قابليت پاسخ سريع به وقفه های خارجی
· عملکرد چند وظيفه ای با ابزارهای ارتباط بين فرايندها ،از قبيل راهنماها ، علائم و رخدادها
· استفاده از پرونده های ترتيبی خاصکه می توانند داده ها را با نرخ سريعی انباشته کنند.
· زمانبندی يا قبضه کردن بر اساس اولويت
· حداقل سازی فواصل زمانی که طی آن وقفه ها غير فعال می شوند.
· اوليه هايي جهت تأخير انداختن وظيفه ها برای يک مدت ثابت و برای توقف يا از سرگيری وظيفه ها
· هشدارها و علائم پايان مهلت زمانی خاص
قلب يک سيستم عامل بلادرنگ زمانبند کوتاه مدت وظيفه هاست برای طراحی چنين زمانبندی، عدایت و حداقل سازی متوسط زمان پاسخ مهم نيست. آنچه مهم است تکميل (يا شروع) کليه وظيفه های بلادرنگ سخت در مهلت زمانی آنها و همچنين تکميل (يا شروع) حداکثر وظيفه های بلادرنگ نرم در مهلت زمانی آنهاست.
اغلب سيستمهای عامل بلادرنگ امروزی قادر نيستند مستقيماً با مهلتهای زمانی مقابله کنند. در عوض، به گو نه ای طراحی شده اندکه تا حد امکان به وظيفه های بلادرنگ پاسخگو باشند. به طوری که وقتی يک مهلت زمانی نزديک می شود ، يک وظيفه به سرعت زمانبندی گردد. از اين ديدگاه ،کاربردهای بلادرنگ، نوعاً نياز به زمانهای پاسخ قطعی (در محدوده چندين ميلی ثانيه تا زير ميلی ثانيه ) تحت شرايط بسيار متفاوت دارند. کاربردهای سريعتر(مثلاًدر شبيه ساز هواپيمای نظامی) محدوديتهايي در حدود10 تا100 ميکرو ثانيه دارند.
شکل1-1 طيفی از موارد ممکن را نشان مي دهد. در يک زمانبند با قبضه کردن که زمانبندی ساده نوبت گردشی را به کار می گيرد ، يک وظيفه بلادرنگ به صف آماده افزوده می شودتا برهه زمانی بعدی را بدست آورد(شکل 1-1 الف) . در اين مورد معمولاً مدت زمانبندی برای کاربردهای
پایان نامه سيستم عاملهای بلادرنگ