Требование 5. Поведение ОС должно быть известно.
Наконец, следует рассмотреть временные ограничения. Времена выполнения системных вызовов и временные характеристики поведения системы в различных обстоятельствах должны быть известны разработчику, поэтому производитель ОСРВ должен приводить следующие характеристики:
- латентную задержку прерывания (т. е. время от момента прерывания до момента запуска задачи): она должна быть предсказуема и согласована с требованиями приложения. Эта величина зависит от числа одновременно “висящих” прерываний;
- максимальное время выполнения каждого системного вызова (должно быть предсказуемым и независимым от числа объектов в системе);
- максимальное время маскирования прерываний драйверами и ОС;
- системные уровни прерываний;
- уровни прерываний драйверов устройств, их временные характеристики и т. д.
Поддержка операций ввода-вывода. Перераспределение памяти.
Поддержка операций ввода-вывода
Известно, что применение аппаратных прерываний является более эффективным методом взаимодействия с внешним миром, чем метод опроса. Разработчики систем реального времени стараются использовать этот факт в полной мере. При этом можно проследить следующие тенденции:
1. Стремление обеспечить максимально быструю и детерминированную реакцию системы на внешнее событие.
2. Старание добиться минимально возможных периодов времени, когда в системе запрещены прерывания.
|
|
|
3. Подпрограммы обработки прерываний выполняют минимальный объем функций за максимально короткое время.
Всё это обусловлено несколькими причинами. Во-первых, не все ОС РВ обеспечивают возможность «вытеснения» во время обработки подпрограмм прерывания. Во-вторых, приоритеты аппаратных прерываний не всегда соответствуют приоритетам задач, с которыми они связаны. В-третьих, задержки с обработкой прерываний могут привести к потере данных.
Как правило, закончив элементарно необходимые действия, подпрограмма обработки прерываний генерирует в той или иной форме сообщение для задачи, с которой это прерывание связано, и немедленно возвращает управление. Если это сообщение перевело задачу в разряд готовых к исполнению, планировщик в зависимости от используемого алгоритма и приоритета задачи принимает решение о том, необходимо или нет немедленно передать управление получившей сообщение задаче. Разумеется, это всего лишь один из возможных сценариев, так как каждая ОС РВ имеет свои особенности при обработке прерываний. Кроме того, свою специфику может накладывать используемая аппаратная платформа
Перераспределение памяти
Следующим проблемам выделения памяти в ОСРВ уделяется больше внимания, нежели в операционных системах общего назначения.
|
|
|
Во-первых, скорости выделения памяти. Стандартная схема выделения памяти предусматривает сканирование списка неопределенной длины для нахождения свободной области памяти заданного размера, а это неприемлемо, так как в ОСРВ выделение памяти должно происходить за фиксированное время.
Во-вторых, память может стать фрагментированной в случае разделения свободных ее участков уже запущенными процессами. Это может привести к остановке программы из-за её неспособности задействовать новый участок памяти. Алгоритм выделения памяти, постепенно увеличивающий фрагментированность памяти, может успешно работать на настольных системах, если те перезагружаются не реже одного раза в месяц, но является неприемлемым для встроенных систем, которые работают годами без перезагрузки.
Простой алгоритм с фиксированной длиной участков памяти очень хорошо работает в несложных встроенных системах.
Также этот алгоритм отлично функционирует и в настольных системах, особенно тогда, когда во время обработки участка памяти одним ядром следующий участок памяти обрабатывается другим ядром. Такие оптимизированные для настольных систем ОСРВ как Unison Operating System или DSPnano RTOS предоставляют указанную возможность.
|
|
|
Файловая система.
Файловая система (англ. file system) — регламент, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях информации. Она определяет формат физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов. Конкретная файловая система определяет размер имени файла, максимальный возможный размер файла, набор атрибутов файла. Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, например, разграничение доступа или шифрование файлов.
Основное свойство файловой системы в системе реального времени — это разграничение доступа к ресурсу (носителю информации) со стороны процессов (потоков, нитей) согласно принятой политике многозадачности основанной на приоритетах. А также обеспечение стабильности доступа.
Файловая система связывает носитель информации с одной стороны и API для доступа к файлам — с другой. Когда прикладная программа обращается к файлу, она не имеет никакого представления о том, каким образом расположена информация в конкретном файле, так же, как и на каком физическом типе носителя (CD, жёстком диске, магнитной ленте или блоке флеш-памяти) он записан. Всё, что знает программа — это имя файла, его размер и атрибуты. Эти данные она получает от драйвера файловой системы. Именно файловая система устанавливает, где и как будет записан файл на физическом носителе (например, жёстком диске).
|
|
|
С точки зрения операционной системы, весь диск представляет из себя набор кластеров размером от 512 байт и выше. Драйверы файловой системы организуют кластеры в файлы и каталоги (реально являющиеся файлами, содержащими список файлов в этом каталоге). Эти же драйверы отслеживают, какие из кластеров в настоящее время используются, какие свободны, какие помечены как неисправные.
Однако файловая система не обязательно напрямую связана с физическим носителем информации. Существуют виртуальные файловые системы, а также сетевые файловые системы, которые являются лишь способом доступа к файлам, находящимся на удалённом компьютере.
Основные функции любой файловой системы нацелены на решение следующих задач:
- именование файлов;
- программный интерфейс работы с файлами для приложений;
- отображения логической модели файловой системы на физическую организацию хранилища данных;
- устойчивость файловой системы к сбоям питания, ошибкам аппаратных и программных средств;
- содержание параметров файла, необходимых для правильного его взаимодействия с другими объектами системы (ядро, приложения и пр.)
В многопользовательских системах появляется еще одна задача: защита файлов одного пользователя от несанкционированного доступа другого пользователя, а также обеспечение совместной работы с файлами, к примеру при открытии файла одним из пользователей, для других этот же файл временно будет доступен в режиме «только чтение».
9. Язык Ada. Особенности.
Язык был разработан в рамках проводимого Пентагоном международного конкурса по разработке универсального языка программирования для встроенных (embedded) систем.
Стандарт языка ANSI/MIL-STD-1815-A-1983 был утверждён 17 февраля 1983 года. В 1995 был принят новый стандарт Ада95, который привнёс в язык средства объекто-ориентированного программирования, расширение стандартных библиотек. В 2007 было последнее официальное дополнение стандарта, коснувшееся в основном ООП.
В отличии от большинства стандартов языков программирования носящих рекомендательный характер, стандарт Ада (любая его версия) является декларативным, т.е. обязательным к соблюдению.
Ада — это структурный, модульный, объектно-ориентированный язык программирования, содержащий высокоуровневые средства программирования параллельных процессов. Синтаксис Ада унаследован от языков типа Algol или Паскаль, но расширен, а также сделан более строгим и логичным. Ада — язык со строгой типизацией, в нём исключена работа с объектами, не имеющими типов, а автоматические преобразования типов сведены к абсолютному минимуму.
Из особенностей синтаксиса можно отметить:
· Язык регистро-независимый.
· Синтаксис языка направлен на повышение читабельности программы, пусть даже в ущерб лёгкости при написании.
· Программы модульные, механизм контроля импорта-экспорта описаний между модулями включает две разные директивы: одну для подключения другого модуля (with), другую — для импорта его описаний (use). Также существует возможность переименовать модуль при импорте (rename) — этот вариант позволяет использовать для обозначения пакета более удобные программисту идентификаторы.
· Пакеты (один из типов модулей) могут содержать заголовок и личную часть — то, что содержится в ней, не экспортируется и другим модулям недоступно.
· Поддерживается механизм обобщённых (настраиваемых) модулей: пакетов, процедур и функций, позволяющих описывать обобщённые алгоритмы обработки данных без указания конкретного типа.
· Развитая система типов, как встроенных, так и порождаемых программистом. Есть множество способов создания новых типов, язык поддерживает два разных понятия: «подтип» и «производный тип». Переменные типа и подтипа совместимы, переменные типа и его производного типа — нет.
· Средства обработки исключений.
· Развитые средства обращения к процедурам и функциям: поддерживаются входные и выходные параметры, передача фактических параметров в произвольном порядке с указанием имён формальных, параметры со значениями по умолчанию.
· Поддерживается переопределение процедур, функций и операторов — создание нескольких вариантов процедуры, функции или оператора с одним и тем же именем, но различными сигнатурами (типами и количеством параметров).
· Встроенные в язык конструкции поддержки параллельного программирования: поддерживаются понятия «задача» (параллельно выполняемый фрагмент программы), «вход задачи» (средство синхронизации и коммуникации параллельно выполняющихся задач), поддерживается механизм «рандеву» (протокол взаимодействия параллельно выполняемых задач через вход одной из них), имеется оператор выбора SELECT для организации условного межпотоковоговзаимодействия (выбора параллельной задачи, с которой следует взаимодействовать, в зависимости от готовности к рандеву и некоторых других условий). В принципе, имеющихся в языке средств параллельного программирования достаточно для решения большого класса задач, требующих параллельной обработки, без обращения к внешним средствам, таким как дополнительные библиотеки или APIоперационной системы.
Для удовлетворения требованиям надёжности язык построен таким образом, чтобы как можно большее количество ошибок обнаруживалось на этапе компиляции. Кроме того, одним из требований при разработке языка была максимально лёгкая читаемость текстов программ, даже в ущерб лёгкости написания. Результатом такого подхода стал несколько «тяжеловесный» синтаксис и множество ограничений, отсутствующих в наиболее распространённых промышленных языках (С и C++).
В настоящее время наиболее часть применяется при создании различных систем (как военных, так и гражданских), с высокими требованиями к надёжности и безопасности. Например:
• управляющие компьютерные системы для авиации;
• управляющие компьютерные системы для скоростных дорог;
• банковские системы;
• промышленная автоматика и робототехника;
• медицинская техника;
• телекоммуникационные системы;
• системы управления космическими аппаратами.
Особенности программирования
Необходимо заметить, что в Ада, любая процедура без параметров может быть головной программой. В отличии от С/С++ с main() или Паскаля с program.
Характерной особенностью языка Ада является его сильнаятипизированность. Т.е. любая переменная или константа обладает типом. Если он не объявлен явно, то тип определяется компилятором по значению(ям).
В отличие от языка Паскаль, Ада не предоставляет предопределенного механизма поддержки множественных типов. Однако, богатые средства описания типов Ады, при необходимости, позволяют программисту конструировать подобные типы без значительных усилий.
В языке Ада представлены все классические управляющие структуры современных языков программирования. А именно:
1) Пустая инструкция: null;
2) Инструкция присваивания имеет вид ":=" .
3) Блоки, т.е. куски кода с некоторой последовательностью инструкций, перед которыми может идти раздел описаний, за которыми может следовать обработчик исключений. Так же блок может иметь имя, которое указывается в начале и конце блока.
В общем случае, программа на языке Ада представляет собой один или несколько программных модулей, которые могут компилироваться как совместно, так и раздельно. Кроме того, программные модули являются основой построения библиотек Ады, поэтому их также называют библиотечными модулями. Программные модули бывают четырех видов:
1) Подпрограммы. Являются основным средством описания алгоритмов. Различают два вида подпрограмм: процедуры и функции. Процедура - это логический аналог некоторой именованной последовательности действий. Функция - логический аналог математической функции, используется для вычисления какого-либо значения.
2) Пакет. Основное средство для определения набора логически взаимосвязанных понятий. В простейшем случае в пакете специфицируются описания типов и общих объектов. В более общем случае в нем могут специфицироваться группы взаимосвязанных понятий, включающих подпрограммы, причем, некоторые описываемые в пакете сущности могут быть "скрыты" от пользователя, что дает возможность предоставлениядоступа только к тем ресурсам пакета, которые необходимы пользователю и, следовательно, должны быть для него доступны.
3) Задача или задачный модуль. Средство для описания последовательности действий, причем, при наличии нескольких таких последовательностей они могут выполняться параллельно. Задачи могут быть реализованы на многомашинной или многопроцессорной вычислительной конфигурации, либо на единственном процессоре в режиме разделения времени. Синхронизация достигается путем обращения ковходам, которые подобно подпрограммам могут иметь параметры, с помощью которых осуществляется передача данных между задачами.
4) Настраиваемые модули. Средство для параметризации подпрограмм или пакетов. В ряде случаев возникает необходимость обрабатывать объекты, которые отличаются друг от друга количеством данных, типами или какими-либо другими количественными или качественными характеристиками. Если все эти изменяемые характеристики вынести из подпрограммы или пакета, то получится некоторая заготовка (или шаблон), которую можно настроить на конкретное выполнение. Непосредственно выполнить настраиваемый модуль нельзя. Но из него можно получить экземпляр настроенного модуля (подпрограмму или пакет), который пригоден для выполнения.
Каждый программный модуль обычно состоит из двух частей: спецификации и тела. Спецификация описывает интерфейс к модулю, а тело - его реализацию. Примечательно, что спецификация и тело программного модуля являются самостоятельными компилируемыми модулями, то есть, они могут компилироваться раздельно. Разбиение модуля на спецификацию и тело, а также возможность раздельной компиляции позволяют разрабатывать, кодировать и тестировать любую программу или систему как набор достаточно независимых компонентов. Такой подход полезен при разработке больших программных систем.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 341; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!