СРВ_Тема_2 - презентация, доклад, проект скачать

Нажмите для полного просмотра!

Содержание ▲

Вы можете ознакомиться и скачать презентацию на тему СРВ_Тема_2. Доклад-сообщение содержит 60 слайдов. Презентации для любого класса можно скачать бесплатно. Если материал и наш сайт презентаций Mypresentation Вам понравились – поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте в закладки в своем браузере.

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1

Описание слайда:

Выводы по лекции 1 – термин «система реального времени» в настоящее время может быть записан так: “Системой реального времени является такая система, корректность функционирования которой определяется не только корректностью выполнения вычислений, но и временем, в которое получен требуемый результат. Если требования по времени не выполняются, то считается, что произошел отказ системы”.

Слайд 2

Описание слайда:

– использование термина «система реального времени» для обозначения интерактивных и высокопроизводительных систем неверно; – практически все системы промышленной автоматизации являются системами реального времени; – термин «квазиреальное время» соответствует функционированию в мягком реальном времени;

Слайд 3

Описание слайда:

– принадлежность системы к классу систем реального времени никак не связана с ее быстродействием. Например, если система предназначена для контроля уровня грунтовых вод, то даже выполняя измерения с периодичностью один раз за полчаса, она будет работать в реальном времени.

Слайд 4

Описание слайда:

Тема 2 Задачи в системах реального времени. Алгоритмы планирования задач в реальном режиме времени

Слайд 5

Описание слайда:

Определение 1. Задачей называется набор операций (машинных инструкций), предназначенный для выполнения логически законченной функции системы. Задача является одиночным объектом, управление которым осуществляется оболочкой СРВ. При этом задача конкурирует с другими задачами за получение контроля над ресурсами вычислительной системы.

Слайд 6

Описание слайда:

Задачи классифицируют по двум категориям: 1) Требование по времени функционирования. 2) Вид функционирования.

Слайд 7

Описание слайда:

1) По требованию к времени функционирования выделяют: - задачи, функционирующие в жестком реальном времени; - задачи, функционирующие в мягком реальном времени; - задачи, функционирующие в «нереальном времени».

Слайд 8

Описание слайда:

Задача жесткого РВ – это задача, чье логически правильное или своевременное исполнение считается критическим для действия всей системы. Предельный срок исполнения называется жестким сроком исполнения. Неспособность удовлетворять этому требованию ведет к отказу всей системы. Задача мягкого РВ – это задача, в которой исполнение не критично по времени, но ее исполнение желательно для системы (предельный срок исполнения – мягкий крайний срок исполнения задается диапазоном).

Слайд 9

Описание слайда:

Задача «нереального времени» - это задача, для которой нет требований по своевременному выполнению. 2) По виду функционирования выделяют: - периодические задачи; - апериодические задачи (асинхронные); - спорадические задачи; - фоновые задачи.

Слайд 10

Описание слайда:

Периодические задачи Определение 2. Периодические задачи – это задачи, которые переходят в состояние выполнения через строго заданный период и выполняется каждый цикл функционирования в системе. Например, обработка и контроль сигнала. Для систем реального времени требуется четкое и своевременное выполнение каждой периодической задачи.

Слайд 11

Описание слайда:

Периодическая задача выполняется в строго отведенное ей время каждый цикл. Запуск периодической задачи может осуществляться несколько раз за цикл в зависимости от количества меток (сколько меток, столько раз можно запускать цикл). Характеризуется жестким крайним сроком исполнения.

Слайд 12

Описание слайда:

Апериодические задачи Определение 3. Апериодические задачи – это задачи, имеющие минимальный приоритет в системе и выполняющиеся по событию, характеризуется либо отсутствием крайнего срока исполнения, либо наличием мягкого крайнего срока исполнения. Функционирование осуществляется только в том случае, если периодические задачи не выполняются. Функции диагностики и выдача справочной информации, сохранение информации на внешнем носителе.

Слайд 13

Описание слайда:

Спорадические задачи Определение 4. Спорадические задачи – это апериодические задачи с жестким крайним сроком исполнения. Приоритет устанавливается на уровне периодических задач, имеют непредсказуемый характер.

Слайд 14

Описание слайда:

Фоновые задачи Определение 5.Фоновые задачи – это задачи, для которых предельный срок исполнения не задается, либо устанавливается мягкий крайний срок исполнения. Функционируют в конце каждой метки и только при условии простоя вычислительного узла (при отсутствии других задач). Может исполняться несколько циклов функционирования системы.

Слайд 15

Описание слайда:

Состояние (статус) задачи. С точки зрения любой системы, задача может находиться в нескольких состояниях. Число и название этих состояний различаются от одной системы к другой. Практически в любой системе реального времени загруженная на выполнение задача может находиться, по крайней мере, в трех состояниях.

Слайд 16

Описание слайда:

1. Активная задача – это задача, выполняемая системой в текущий момент времени. 2. Готовая задача – это задача, готовая к выполнению и ожидающая у планировщика своей «очереди». 3. Блокированная задача – это задача, выполнение которой приостановлено до наступления определенных событий (освобождение необходимого задаче ресурса, поступление ожидаемого сообщения, завершение интервала ожидания и т. п.)

Слайд 17

Описание слайда:

Планирование задач системах реального времени Планирование задач – алгоритм построения очереди задач на выполнение. Алгоритм планирования задач реализуется при помощи планировщика задач. Существует 2 вида алгоритмов планирования: статические и динамические. 1. Статические алгоритмы основаны на применении основных характеристик задач и подразумевают построение примерного плана их исполнения.

Слайд 18

Описание слайда:

Преимущества статических алгоритмов 1. Предсказуемость (если система предсказуема на первом шаге, то она предсказуема на всех остальных); 2. Простота обнаружения ошибок (любая ошибка является следствием неправильно построенной последовательности задач);

Слайд 19

Описание слайда:

Недостатки статического алгоритма: 1. Использование в каждом цикле одной и той же последовательности задачи 2. Не допускается изменение очередности исполнения 3. В результате действия алгоритма суммарная нехватка времени накапливается, так как свободные участки времени не могут использоваться под другие задачи.

Слайд 20

Описание слайда:

2. Динамический алгоритм предназначен для исполнения последовательности задач во время функционирования системы. Изменение последовательности происходит перед новым тактом и требует от узла дополнительных ресурсов для пересчета последовательности.

Слайд 21

Описание слайда:

Преимущества динамического алгоритма: 1. Оптимальное распределение временных участков для задач; 2. Возможность дополнения списка задач в процессе функционирования системы; Недостатки динамического алгоритма : 1. Сложность реализации алгоритма; 2. Повышенные требования к вычислительному узлу; 3. Предсказуемость системы зависит от алгоритма на каждом этапе планирования.

Слайд 22

Описание слайда:

Основные алгоритмы планирования периодических задач Планирование задач связано с разработкой последовательности выполнения задач, выполняемых на одном вычислительном узле.

Слайд 23

Описание слайда:

Существует 2 подхода к планированию периодических задач: 1. Фиксированный приоритет задачи (приоритет вычисляется один раз до запуска и остается неизменным) 2. Динамически назначаемый приоритет (может быть установлен во время функционирования задачи, назначение динамического приоритета производится крайним сроком исполнения задач).

Слайд 24

Описание слайда:

В связи с этим были разработаны следующие группы планирования: 1. Алгоритмы планирования задач с фиксированным приоритетом 2. Вытесняющий алгоритм планирования задач (вытеснение одной задачи другой в зависимости от приоритета)

Слайд 25

Описание слайда:

Основные алгоритмы планирования периодических задач: 1) RM (Rate Monotonic) – алгоритм с фиксированным приоритетом. Алгоритм назначается по следующему принципу: чем меньше вызывается периодическая задача, тем больше приоритет. Данный алгоритм всегда формирует оптимальную последовательность задач.

Слайд 26

Описание слайда:

2) EDF (Earliest Deadline First ) – алгоритм с динамическим планированием задачи. Чем меньше срок выполнения, тем выше приоритет. Каждый раз задачи выстраиваются заново в зависимости от критического срока выполнения. Реализованный алгоритм зависит от количества задач в определенный момент времени.

Слайд 27

Описание слайда:

3) LSTF (least slack time first) – алгоритм планирования. Приоритет назначается по следующему принципу: чем меньше время связывания задачи, тем выше ее приоритет. Время связывания задачи – разница между крайним критическим сроком и временем исполнения.

Слайд 28

Описание слайда:

Основные алгоритмы планирования апериодических и спорадических задач. Существует 5 алгоритмов планирования спорадических задач: 1. Планирование спорадической задачи как фоновой задачи а) Выделяется отдельная фоновая задача, которая отвечает за выполнение всех спорадических запросов, таким образом, все спорадические и апериодические задачи исполняются тогда, когда не исполняются периодические задачи.

Слайд 29

Описание слайда:

б) Планирование спорадической задачи как фоновой без создания дополнительного процесса. Отличие: в (а) выделяют фиксированное время, а не любое свободное; в (б) задача будет иметь приоритет общий с другими фоновыми задачами и ставится в очередь фоновых задач.

Слайд 30

Описание слайда:

2. «Политика выбора» Создается периодический процесс, который характеризуется установленным приоритетом. Данный процесс отвечает за выполнение всех апериодических и спорадических задач. Недостатки: Несовместимость циклического характера алгоритма и случайного характера спорадических задач Достоинство: Позволяет четко спланировать время исполнения всех задач (самоопределяющий алгоритм).

Слайд 31

Описание слайда:

3. Обмен приоритетом – создание отдельного процесса обслуживания спорадической задачи с динамическим приоритетом. Таким образом, приоритет позволяет изменить его в процессе функционирования системы. Для процесса исполняющего спорадические задачи устанавливается самый высокий приоритет.

Слайд 32

Описание слайда:

Таким образом, система обменивает приоритеты между самым высокоприоритетным периодическим процессом и процессом, обслуживающим спорадические задачи. Обмен производится в начале цикла функционирования системы.

Слайд 33

Описание слайда:

4. Деферабельный сервер Основан на создании процесса обработки спорадических задач с четко установленным заданным приоритетом. Приоритет устанавливается на самом высоком уровне до запуска системы. Перед повторным запуском данный приоритет может изменить приоритет на самый высокий в данной системе.

Слайд 34

Описание слайда:

В данном алгоритме процесс сохраняет ресурс, выделенный для обслуживания спорадических задач, приостанавливает выполнение спорадических задач, в случае если этот ресурс исчерпан. В процессе функционирования системы данная задача может прерывать периодические задачи несколько раз.

Слайд 35

Описание слайда:

5. Спорадический сервер создание периодического процесса исполнения спорадических задач, но приоритет этого процесса устанавливается на уровне приоритета этой задачи. При поступлении спорадической задачи оценивается приоритет текущей задачи: если приоритет спорадической задачи меньше, чем у периодической, то она становится в очередь периодических задач. Сама задача времени исполнения должна иметь наивысший приоритет, данный сервер включает лишь одну задачу – изменение очереди задач.

Слайд 36

Описание слайда:

Каждый алгоритм можно оценить с точки зрения производительности. Для ее оценки используют три параметра: - нагрузка системы на отказ (BU – BreakDown Utilization); - нормализованное среднее время ответа (NMRT); - гарантированная скорость обработки задач (GR).

Слайд 37

Описание слайда:

Параметр нагрузки на отказ BU является степенью использования ресурсов при которой система может гарантировать, что все задачи не будут выполнены в заданные сроки. Чем больше значение BU, тем больше время процессора, которая выполняется задача. Параметр NMRT – представляет сбой отношение между интервалом времени от готовности задач к выполнению до ее окончания.

Слайд 38

Описание слайда:

tовз – окончание выполнения задачи; tнвз – начало выполнения задачи; tобр - фактическое время процессора Чем больше значение параметра NMRT, тем больше время простоя задачи.

Слайд 39

Описание слайда:

GR – оценка производительности системы для задач nгар – гарантированное количество задач; N – общее количество задач, ожидающих выполнение. Если GR>1, то система расписабельная Если GR<1, то система нерасписабельная Чем больше GR, тем больше запас времени для выполнения задач.

Слайд 40

Описание слайда:

Планировщик заданий Планировщик заданий – средство, которое предназначено для использования на вычислительном узле. Он является средством для обеспечения реализации алгоритмов планирования периодических и спорадических задач. Выделяют следующие виды планировщиков: глобальный и местный.

Слайд 41

Описание слайда:

Задачи глобального планировщика: 1. Распределение задач между несколькими вычислительными узлами в распределенных вычислительных системах. Реализация планировщика осуществляется на узле типа сервер, либо на одном из узлов децентрализованного управления на котором нагрузка минимальна. 2. Создание алгоритма формирования образов узла (функций узла с входными и выходными данными). Построение алгоритма для вычисления параметров производительности.

Слайд 42

Описание слайда:

Задачи местного планировщика: 1. Реализация на каждом узле с целью распределения задач на заданный цикл функционирования. Местные планировщики различных узлов являются независимыми программами. Любой местный планировщик является задачей для глобального планировщика и так же подлежит планированию.

Слайд 43

Описание слайда:

Основные функции планировщика: обеспечение последовательности выполнения задач на разных уровнях системы. Каждый цикл функционирования узла планировщик может определять новую последовательность задач, независимую от предыдущей. Последовательность выполняется внешними условиями и состоянием узла на текущий момент, но при этом должна быть достоверность и последовательность.

Слайд 44

Описание слайда:

Особенностью реализации планировщика является обеспечение максимально наихудших характеристик максимально наихудшее состояние гарантирует функционирование системы с использованием построенного алгоритма.

Слайд 45

Описание слайда:

2. Распределение ресурсов между задачами связано с понятием «гонок». «Гонка» - ситуация по захвату доступа к ресурсу задачей с немаксимальным приоритетом. Понятие «гонка» связано с операционной системой реального времени. В данной ситуации необходимо обеспечить распределение ресурсов или сервер ресурсов.

Слайд 46

Описание слайда:

3. Распределение времени между задачами Выделение заданного количества тиков для задачи, исполняемой на узле. Тик – минимальная измеряемая единица времени на узле. Тик зависит от частоты и архитектуры процессора. Для распределения времени может разрабатываться сервер времени – задачу, которого входят выделение тиков.

Слайд 47

Описание слайда:

Алгоритм функционирования планировщика Планировщик является частью операционной системы. Из всех задач строится таблица запуска. Определяются списки задач по их виду. В зависимости от типа задачи в списке задач устанавливаются параметры групп запуска.

Слайд 48

Описание слайда:

Для периодических и фоновых задач должны быть установлены следующие параметры: - стартовая метка запуска данной группы задач; - период запуска данной группы задач; - крайний критический срок исполнения.

Слайд 49

Описание слайда:

Слайд 50

Описание слайда:

Для фоновых задач эта таблица расширится относительно стартовой метки, то есть расширится диапазон запуска. Также расширяется крайний критический срок исполнения (min и max).

Слайд 51

Описание слайда:

Для апериодических и спорадических задач также создаются таблицы, но они включают одну строку, если приоритет данного типа задач не учитывается. Апериодические задачи: apt <список задач> метка не описывается Спорадические задачи: spt <список задач> запуск задач

Слайд 52

Описание слайда:

Если задачи необходимо делить по приоритетам, то в таблице апериодических и спорадических задач необходимо указывать различные метки для различных приоритетов. Определение. Задачи аппендиксы – это задачи, которые исполняются до старта ОС и имеют приоритет выше, чем сама ОС. Данные задачи связаны с доступом к аппаратуре, например, установка триггеров, регистров и временных меток.

Слайд 53

Описание слайда:

Задачи-аппендиксы описываются в виде таблицы, включающей 1 параметр – метку запуска. app1 <список задач>

Слайд 54

Описание слайда:

Анализ таблиц планировщика На основании этих таблиц строится список задач на каждом цикле исполнения.

Слайд 55

Описание слайда:

Для аппендиксов, периодических и фоновых задач номер метки должен совпадать с тем, который поставлен в таблице для построения списка. Список задач может изменяться или не изменяться. Изменение зависит от типового алгоритма планирования.

Слайд 56

Описание слайда:

Исполнение планировщика - завершающая стадия процедуры планирования задач. Местный планировщик является задачей -аппендиксом. Глобальный планировщик является операционной системой и исполняется по нулевой метке. 1-ый шаг: Для выполнения списка задач создается бесконечный цикл. Для него устанавливается время, определяющее такт функционирования.

Слайд 57

Описание слайда:

2-ой шаг: Производится анализ таблицы запуска. Если планирование статическое, то анализ выполняется один раз. Если планирование динамическое, то анализ выполняется каждый раз при запуске. 3-ий шаг: На основании анализа строится список задач для каждой метки по типам.

Слайд 58

Описание слайда:

4-ый шаг: Вызов функций по заданному списку. Запуск задачи означает вызов функции, либо внешней программы. Последовательность выполнения в рамках списка определяется последовательностью, указанной в таблице. После вызова каждой функции производится проверка временных характеристик и в случае необходимости переход на следующую метку и формирование заключения о невыполнении следующих задач.

Слайд 59

Описание слайда:

Примечание 1: Планировщик во время запуска задач обязан контролировать занятость ресурса текущей задачи, а также должен осуществлять контроль временных характеристик задач, указанных в таблице. Примечание 2: Если временные характеристики нарушены, должно сформироваться отказное состояние системы.