فهرست مطالب

· فصل اول

زمانبندی بلادرنگ7

مقدمه8

مشخصات سيستم های بلادرنگ9

زمانبندی بلادرنگ14

رويکردهای ايستای مبتنی بر جدول16

رويکردهای ايستای مبتنی بر اولويت و با قبضه کردن16

رويکردهای پويا بر اساس برنامه ريزی16

رويکردهای پويا با بهترين کوشش17

زمانبندی ايستا مبتنی بر جدول18

زمانبندی ايستای مبتنی بر اولويت و با قبضه کردن18

زمانبند مهلت زمانی18

زمانبندی Linux 26

زمانبندی Unix SVR428

· فصل دوم

الگوريتم های برنامه ريزی و حمايت سيستم های اجرايي برای سيستم های بلادرنگ31

برنامه ريزی بلادرنگ35

متريک های اجرا در سيستم های بلادرنگ36

الگوهای برنامه ريزی38

الگوريتمهای برنامه ريزی برای اين الگوها40

برنامه ريزی ثابت Table –Driven 41

برنامه ريزی priority driven preemptive 42

برنامه ريزی ديناميک 43

برنامه ريزی Best –Effort ديناميک44

موضوعات برنامه ريزی مهم45

برنامه ريزی با محدوديتهای توان خطا45

برنامه ريزی با احيای منابع46

سيستم اجرايي بلادرنگ 46

هسته های کوچک ، سريع و اختصاصی47

توسعه های زمان واقعی برای سيستم های اجرای بازرگانی48

سيستم های اجرای تحقيق50

هسته MARS51

هسته SPRING52

هستهMARUTI 52

هسته ARTS 52

· فصل سوم

بررسی ارتباط ميان اجزای يک سيستم جامع بلادرنگ55

خلاصه56

شرح رابط ميان RTOS و برنامه کاربردی58

شرح عملگرهای بهبوديافته63

تشريح مطالعات تجربی69

· فصل چهارم

منابع73

 فصل اول

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

 

زمانبندی بلادرنگ:

زمانبندی بلادرنگ يکی از موضوعات فعال در تحقيقات علوم کامپيوتر است. در اين قسمت رويکردهای متفاوت زمانبندی بلادرنگ را مرور کرده و نگاهی به دو طبقه مرسوم از الگوريتم های زمانبندی بلادرنگ ،می پردازيم.

در بررسی الگوريتم های زمانبندی بلادرنگ ، مشاهده می شود که رويکردهای متفاوت زمانبندی به موارد زير بستگی دارد:

 

 

1. آيا سيستم قابليت زمانبندی را تحليل می کند؟

 

2. اگر انجام می دهد ،اين تحليل را بطور ايستا انجام می دهد يا پويا ؟

 

3. آيا نتيجه تجزيه وتحليل ،خود موجب يک زمانبندی يا طرحی برای توزيع وظيفه ها در زمان اجرا می گردد ؟ بر اساس اين ملاحظات ، طبقه های الگوريتمی زير را مشخص کرده است :

 

· رويکردهای ايستای مبتنی بر جدول:

 

در اين رويکردها تحليلی ايستا از زمانبنديهای ممکن انجام می گيرد. نتيجه اين تحليل يک زمانبندی است که در زمان اجرا تعيين می کند چه موقعی يک وظيفه بايد شروع به اجرا کند.

 

· رويکردهای ايستای مبتنی بر اولويت و با قبضه کردن:

 

باز هم يک تحليل ايستا انجام می پذيرد، ولي زمانبندی از آن حاصل نمی شود. در عوض، از اين تحليل برای تعيين اولويت وظيفه ها استفاده می گردد، به طوری که يک زمانبند سنتی مبتنی بر اولويت و با قبضه کردن بتواند استفاده شود.

 

· رويکردهای پويا بر اساس برنامه ريزی :

 

به جای اينکه امکان سنجی قبل از شروع اجرا و به طور ايستا انجام شود،در زمان اجرا و به صورت پويا صورت می گيرد. وظيفه جديد فقط زمانی برای اجرا پذيرفته می شودکه ارضای محدوديتهای زمانی آن ممکن باشد. يکی از نتايج اين تحليل و امکان سنجی ، زمانبندی يا طرحی است که برای تصميم در مورد توزيع وقت پردازنده به اين وظيفه به کار می رود.

 

 

 

 

 

· رويکردهای پويا با بهترين کوشش:

 

هيچ گونه تحليل و امکان سنجی انجام نمی گيرد . سيستم سعی می کند تمام مهلتهای زمانی را بر آورده کندو هر فرايند آغاز شده ای که مهلت زمانی آن منقضی شده باشد را قطع می نمايد.

 

زمانبندی ايستای مبتنی بر جدول، برای وظيفه های متناوب کاربرد دارد . وروديهای تحليل ، شامل زمان ورود متناوب ، زمان اجرا ، پايان مهلت زمانی متناوب و اولويت نسبی هر وظيفه است . زمانبند سعی می کند نيازهای کليه وظيفه های متناوب را بر آورده نمايد. اين رويکرد قابل پيش بينی ولی بدون انعطاف است. زيرا هر تغيير در نيازهای يک وظيفه، نيازمند زمانبندی مجدد است.روش زودترين مهلت زمانی اول يا ديگر روشهای مهلت زمانی متناوب نمونه هايي از اين گروه از الگوريتم های زمانبندی هستند.

 

زمانبندی ايستای مبتنی بر اولويت و با قبضه کردن،از راهکارهای زمانبندی مبتنی بر اولوطت و با قبضه کردن که در اغلب سيستمهای چند برنامه ای غير بلادرنگ معمول است،استفاده می کند. در يک سيستم غير بلادرنگ عوامل متعددی برای تعيين اولويت به کار می روند. مثلاً در يک سيستم اشتراک زمانی ، اولويت فرايند بسته به اينکه در تنگنای پردازنده يا در تنگنای ورودی/ خروجی باشدتغيير می کند. در سيستم بلادرنگ تخصيص اولويت به محدوديتهای زمانی هر وظيفه مربوط است. يکی از مثالهای اين رويکرد الگوريتم نرخ يکنواخت است، که اولويت ايستای وظيفه بر اساس طول تناوب آنها مشخص می گردد.

 

در زمانبندی پويا بر اساس برنامه ريزی ، پس از ورود يک وظيفه و قبل از شروع آن کوشش می شود تا علاوه بر وظيفه های زمانبندی شده قبلی ، اين جديد نيز در زمانبندی قرار گيرد. اگر ورودی جديد بتواند به گونه ای زمانبندی شود که مهلتهای زمانی آن برآورده شود و هيچ يک از وظيفه هايي که در حال حاضر زمانبندی شده اند مهلت زمانی را از دست ندهند ،در اين صورت زمانبندی ، برای جا دادن وظيفه جديد ، مورد تجديد نظر قرار می گيرد.

 

 

 

 

 

زمانبندی پويا با بهترين کوشش، رويکردی است که توسط بسياری از سيستمهای عامل بلادرنگ تجاری امروزی به کار گرفته می شود. زمانی که وظيفه ای وارد می شود، سيستم بر اساس مشخصات وظيفه ،اولويتی به آن می دهد . نوعاً گونه ای از زمانبندی مهلت زمانی (مانند زودترين مهلت زمانی )به کار گرفته می شود. معمولاً وظيفه ها نامتناوب هستندو در نتيجه تجزيه و تحليل ايستای زمانبندی ممکن نيست. با اين نوع زمانبندی ، تا آمدن يک مهلت زمانی يا تکميل آن وظيفه ،نمی دانيم که محدوديت زمانی برآورده خواهد شديا خير. اين مهمترين عيب اين نوع زمانبندی است، مزيت آن سادگی پياده سازی آن است

 

زمانبندی مهلت زمانی

 

اکثر سيستم عاملهای بلادرنگ امروزی با هدف شروع هر چه سريعتر وظيفه های بلادرنگ طراحی شده اند، در نتيجه بر روی اداره سريع وقفه و توزيع وقت پردازنده به وظيفه تأکيد دارند. در واقع ،اين معيارخيلی مفيدی در ارزيابی سيتمهای عامل نيست.

 

به طور کلی کاربردهای بلادرنگ نه در مورد سرعت،بلکه در مورد تکميل (يا آغاز) به موقع وظيفه حساس هستند، که عليرغم تقاضاهای پويای منبع ،اضافه بارهای پردازش و خطاهای سخت افزاری و نرم افزاری خيلی زود يا دير نشوند . پس اولويتها ابزار خامی هستند و جوابگوی نياز تکميل (يا آغاز ) به موقع فرايند در با ارزشترين زمان نمی باشند.

 

در سالهای اخير ، پيشنهادهايي برای رويکردهای مناسبتر و توانمندتر برای زمانبندی وظيفه های بلادرنگ ارائه شده است . تمام اينها براين اساس هستندکه اطلاعات بيشتری از هر وظيفه داشته باشيم. در کلی ترين صورت ،اطلاعات زيردر مورد هر وظيفه می تواند به کار آيد:

 

 

شامل ورد 80صفحه ای