1、2020/7/28,1,實(shí) 時 操 作 系 統(tǒng),孟 慶 余,電話：62753496,2020/7/28,2,實(shí)時操作系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例,(1) “遠(yuǎn)望”號測量船的信息處理系統(tǒng) (2) 石油勘探地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),2020/7/28,3,內(nèi)容目錄,1、基本概念,實(shí)時 實(shí)時操作系統(tǒng) 系統(tǒng)響應(yīng)時間 可預(yù)測性,2、實(shí)時操作系統(tǒng)的分類,按實(shí)時性分類 按應(yīng)用范圍分類,2020/7/28,4,3、實(shí)時操作系統(tǒng)的基本特點(diǎn),3.1國際標(biāo)準(zhǔn) POSIX 1003.4 3.2時間管理 3.3作業(yè)調(diào)度 3.4I/O 3.5內(nèi)存調(diào)度 3.6文件系統(tǒng),4、后PC時代的實(shí)時操作系統(tǒng),4.1 移動計算 4.2 網(wǎng)絡(luò)化 4.3 嵌入式

2、,2020/7/28,5,1、基本概念,1.1實(shí)時,如計算機(jī)系統(tǒng)，按照計算機(jī)外某進(jìn)程在時間關(guān)系上所提出的要求，與該外部進(jìn)程相關(guān)聯(lián)地處理數(shù)據(jù)，以便用計算結(jié)果來引導(dǎo)此物理進(jìn)程。,物理進(jìn)程發(fā)生的真實(shí)時間。,2020/7/28,6,具有實(shí)時特性，能調(diào)配系統(tǒng)資源，支持實(shí)時控制系統(tǒng)工作的操作系統(tǒng)。它能將系統(tǒng)中各種設(shè)備有機(jī)地聯(lián)系在一起并控制它們完成既定的任務(wù)。,1.2 實(shí)時操作系統(tǒng),2020/7/28,7,1.3系統(tǒng)響應(yīng)時間,從向系統(tǒng)發(fā)出處理要求起到給出應(yīng)答信號為止所經(jīng)歷的時間，稱為系統(tǒng)響應(yīng)時間。,輸入信息及排隊等待時間 信息處理及等待時間； 輸出信息及等待時間等。,系統(tǒng)響應(yīng)時間包括：,2020/7/28,

3、8,系統(tǒng)響應(yīng)時間,輸入請求，信號到達(dá),輸入排隊,處理排隊,輸入信息,處 理,輸出排隊,輸出信息,輸出結(jié)果，給出結(jié)果,2020/7/28,9,實(shí)時操作系統(tǒng)的系統(tǒng)響應(yīng)時間。,確保系統(tǒng)響應(yīng)時間的關(guān)鍵因素。,2020/7/28,10,在真實(shí)事件未發(fā)生之前，能夠通過各種可行的方法，預(yù)先對某系統(tǒng)進(jìn)行測試證實(shí)其達(dá)到預(yù)期功能的程度。 （模型與實(shí)際的近似程度）,1.4可預(yù)測性,2020/7/28,11,2、實(shí)時操作系統(tǒng)的分類,2.1按實(shí)時性的強(qiáng)弱分類,(1) 強(qiáng)實(shí)時系統(tǒng)，系統(tǒng)響應(yīng)時間：ms,s 級 (2) 實(shí)時系統(tǒng)，系統(tǒng)響應(yīng)時間：S (3) 弱實(shí)時系統(tǒng)，系統(tǒng)響應(yīng)時間：s (4) 非實(shí)時系統(tǒng)，,分類：,根據(jù)：實(shí)時

4、操作系統(tǒng)系統(tǒng)響應(yīng)時間的長短,2020/7/28,12,2.2 按功能分類 2.3按應(yīng)用環(huán)境分類 嵌入式,2020/7/28,13,3、實(shí)時操作系統(tǒng)的基本特點(diǎn),3.1 國際標(biāo)準(zhǔn)POSIX 10034,表 1 POSIX 10034的功能,2020/7/28,14,表 1 POSIX 10034的功能,功 能,說 明,優(yōu)先級調(diào)度,計時器,共享內(nèi)存,信號燈,進(jìn)程通信,異步事件處理,進(jìn)程鎖內(nèi)存,異步 I/O,I/O同步,實(shí)時文件,能置和讀高精度的內(nèi)部計時器,基于優(yōu)先級的搶占式調(diào)度,能將同一片物理內(nèi)存映射到各獨(dú)立進(jìn)程指定的虛擬空間,能創(chuàng)建和訪問性能確定的文件,有效的同步原語(P、V操作),同步和異步的消

5、息傳送能力，對信息流和資源實(shí)現(xiàn)控制,有將異步事件進(jìn)行排隊、確定時間內(nèi)完成傳遞工作和 最小數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C(jī)構(gòu),有能力將進(jìn)程所用虛擬空間的一段或幾段常駐在內(nèi)存,應(yīng)用程序的執(zhí)行與其I/O操作能并行執(zhí)行,有能力建立一種保證I/O可在不同的邏輯級上完成,2020/7/28,15,32 時間管理,3.2.1 絕對時間,l 時分秒、年月曰 編碼 l 秒以下計時：ms， s l 二進(jìn)制數(shù)值的計時,內(nèi)容：,時間來源： 外部/內(nèi)部,2020/7/28,16,內(nèi) 容： 外部送來的時間同步信號 計算機(jī)內(nèi)部的時間同步信號,3.2.2 相對時間,3.2.3 時間管理服務(wù), 給出用字符表示的年/月/日，時/分/秒 日數(shù) (二進(jìn)

6、制形式) ms、s 或 s (二進(jìn)制形式) 任務(wù)控制 (定時與時間比對) 超時信號 時間的放大和壓縮（模擬）,2020/7/28,17,3.3 作業(yè)調(diào)度,3.3.1 簡單模型：,采樣周期 t 1 處理周期 t 2 引導(dǎo)周期 t 3,2020/7/28,18,2020/7/28,19,周期性任務(wù)： JC=I(i, pri) 非周期任務(wù)： JC=(o, pri) 通用處理任務(wù)： JC=(pri),3.3.2 作業(yè)分類,2020/7/28,20,類任務(wù)：,i = 1,i = 2,i = 4,3.3.3 作業(yè)調(diào)度,資源分配,2020/7/28,21,假定：兩個類任務(wù)： S1 (i=1) S2 i=2)

7、 一個類任務(wù)： D,調(diào)度執(zhí)行,搶占式調(diào)度,2020/7/28,22,搶占式調(diào)度,2020/7/28,23,通用 I/O：字符/DMA,實(shí)時系統(tǒng)特殊的 I/O:,DMA 利用規(guī)律性，減小系統(tǒng)開銷 理想狀態(tài):軟件不參予，或盡量少參予，特殊的 I/O 直接送入內(nèi)存 Buffer。,3.4 I/O,2020/7/28,24,虛擬存儲的特點(diǎn)：,實(shí)時系統(tǒng)的要求: 一般而言與此相反。,處理方法： 在虛擬內(nèi)存中鎖內(nèi)存。,以時間換取內(nèi)存空間。,3.5 內(nèi)存調(diào)度,2020/7/28,25,一般情況：信息在磁盤上的分布,問題： 對于特定的文件，如何保證 I/O 時間最少？,答案： 連續(xù)文件,3.6 文件系統(tǒng),2020/7/28,26,4、后PC時代的實(shí)時操作系統(tǒng),4.1 移動計算 4.2 網(wǎng)絡(luò)化 4.3 嵌入式,2