КРИТЕРИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ операционных систем

проектирования,
особенностями реализации внутренних алгоритмов управления основными ресурсами компьютера (процессорами,

памятью, устройствами),
особенностями реализации сетевых решений
и многими другими свойствами.

на которые она ориентирована

По типу аппаратуры –
как ОС для

различных компьютерных систем
мейнфреймов
персональных компьютеров,
мини-компьютеров,
кластеров,
компьютерных сетей и др.
(предыдущая лекция)

системы – способность системы выдерживать заранее заданные интервалы времени между

запуском программы и получением результата.

системы реального времени
(QNX, LynxOS, VxWorks, RT/11).

пропускная способность,

т.е. решение максимального
числа задач
в единицу времени

задание содержит требование к системным ресурсам
из пакета заданий формируется

мультипрограммная смесь,
т.е. множество одновременно выполняемых задач
выбираются задачи, предъявляющие отличающиеся требования к ресурсам, так, чтобы обеспечивалась сбалансированная загрузка всех устройств





внутренней ситуации, складывающейся в системе, то есть выбирается "выгодное" задание


в

таких ОС
невозможно гарантировать выполнение задания
в течение определенного
периода времени



его задач

может вести диалог со своей программой

Ни одна задача не занимает процессор надолго, и время ответа

оказывается приемлемым
Если квант выбран достаточно небольшим, то у всех пользователей складывается впечатление, что каждый из них единолично использует машину

обладают меньшей пропускной способностью, чем системы пакетной обработки, так как
1) на выполнение принимается каждая запущенная пользователем задача, а не та, которая "выгодна" системе,
2) увеличивается время работы, так как выполняется более частое переключение процессора с задачи на задачу

а удобство и эффективность работы пользователя

времени между запуском программы и получением результата

Это время называется

временем реакции системы, а соответствующее свойство системы - реактивностью.

спутник,
научная экспериментальная установка
и т.п.
технологическими процессами:
гальваническая линия,
доменный процесс

и т.п

навигация,
управление лабораторными экспериментами,
робототехника,
телеметрические системы управления,
управление автомобильными двигателями,
системы антиблокировки тормозов,

системы сигнализации

но и то, что оно определено заранее.

В системе управления

прокатным станом время реакции системы должно быть в пределах нескольких миллисекунд, а в системе контроля за окружающей средой - несколько минут.

 ОС РВ должна быть не быстрой, а время выполнения должно быть известно заранее

недопустимо


Система считается мягкой, если нарушение временных ограничений нежелательно

при каких условиях, так как:
результаты могут оказаться бесполезны в случае

опоздания,
может произойти катастрофа в случае задержки реакции,
стоимость опоздания может оказаться бесконечно велика.

Примеры систем жесткого реального времени - бортовые системы управления, системы аварийной защиты, регистраторы аварийных событий.
Пример. Система управления движением воздушных судов.
Очевидно, что бессмысленно посылать команду на изменение курса самолета или космической станции после столкновения.

хотя и может привести к увеличению стоимости результатов и снижению

производительности системы в целом. Пример - работа сети.
Если система не успела обработать очередной принятый пакет, это приведет к таймауту на передающей стороне и повторной посылке (в зависимости от протокола, конечно).
Данные при этом не теряются, но производительность сети снижается.

гарантированно последует до предустановленного крайнего срока

Одновременность обработки

даже если наступает более одного события одновременно, все временные ограничения для всех событий должны быть выдержаны

 СРВ должен быть присущ параллелизм. Параллелизм достигается использованием нескольких процессоров в системе и/или многозадачного подхода.

и активно использовать прерывания для диспетчеризации

ОС должна быть многопоточной по

принципу абсолютного приоритета (прерываемой).
То есть планировщик должен иметь возможность прервать любой поток и предоставить ресурс тому потоку, которому он более необходим.

приоритетов

Основная сложность диспетчеризации -обнаружить, какой поток нуждается в ресурсах в

первую очередь.
В идеале ОС РВ предоставляет ресурсы тому потоку, которому осталось меньше всего времени до установленного срока.
Т.е. ОС должна знать, когда поток обязан завершить свою работу и сколько времени ему понадобится.
Поскольку это очень трудно реализовать, таких ОС пока еще не существует.

 Механизм диспетчеризации потоков управления в современных ОС базируется на понятии приоритета: ресурсы предоставляются потоку с наивысшим приоритетом

система наследования приоритетов

Наследование приоритета означает, что блокирующий поток наследует приоритет

потока, который он блокирует (конечно, только если последний обладает более высоким приоритетом).

надежные и удобные механизмы синхронизации задач
 
Так как задачи разделяют ресурсы

и должны сообщаться друг с другом, должны существовать механизмы блокирования и коммуникации.
Необходимы механизмы, гарантированно предоставляющие возможность параллельно выполняющимся задачам и процессам оперативно обмениваться сообщениями и синхросигналами.

предсказуемы и известны

Разработчик СРВ должен знать, сколько времени затрачивается на

ту или иную системную работу (задержки обработки прерываний, задержки переключения задач, задержки драйверов и т.д.)

объектом, с событиями, происходящими на объекте.
СРВ как аппаратно-программный комплекс

включает в себя
датчики, регистрирующие события на объекте,
модули ввода-вывода, преобразующие показания датчиков в цифровой вид, пригодный для обработки этих показаний на компьютере,
компьютер с программой, реагирующей на события, происходящие на объекте.
ОС РВ ориентирована на обработку внешних событий  коренные отличия в структуре системы, в функциях ядра, в построении системы ввода-вывода.

(с 2001)
Windows Compact Edition – компактная версия Windows
OC реального времени,

полностью соответствующая всем требованиям, предъявляемым к ОС такого типа в сфере промышленной автоматизации

.NET Micro Framework корпорации Microsoft (с 2006)
автоматика зданий,
системы безопасности,
системы удаленного сбора и контроля данных
системы медицинского мониторинга

VxWorks фирмы Wind®River
(применяется сегодня в 30 миллионах устройств)

системы водоснабжения
охранные

системы,
системы управления светом,
системы аудио-видеокоммутации

От встроенной системы не всегда требуется, чтобы она имела предсказуемое

поведение, и в таком случае она не является системой реального времени.

Большинство встроенных систем нуждается в предсказуемом поведении, и таким образом, эти системы относят к системам реального времени.

времени между запуском программы
и получением результата
Системы РАЗДЕЛЕНИЯ времени -
удобство

и эффективность
работы пользователя

Системы ПАКЕТНОЙ ОБРАБОТКИ -
максимальная
пропускная способность