2. Стандарт: POSIX 1003
3. Свойства как ОСРВ: . Многозадачность: POSIX 1003 (многопроцессность и многозадачность) . Многопроцессорность: да . Уровней приоритетов: 32 . Время реакции: 4,3 мкс . Время переключения контекста: 13 мкс . Планирование: FIFO, round robin, адаптивное; preemptive ядро
4. Процессоры (target): Intel 80x86
5. Минимальный размер: 60Kb
6. Средства синхронизации и взаимодействия: POSIX 1003 (семафоры, mutex, condvar)
Операционная система LynxOS
Система LynxOS выпускается фирмой Lynx Real Time Systems (Los Gatos, USA). ОСРВ из клона UNIX-систем, обеспечивающая детерминированное время отклика по запросам. Основные характеристики:
1. Архитектура: на основе микроядра
3. Свойства как ОСРВ: . Многозадачность: POSIX 1003 (многопроцессность и многозадачность) . Многопроцессорность: да . Уровней приоритетов: 255 . Время реакции: 7 мкс . Время переключения контекста: 17 мкс . Планирование: FIFO, round robin, Quantum, preemptive ядро
4. Процессоры (target): Intel 80x86, Motorola 68xxx, SPARC, PowerPC
5. Минимальный размер: полной системы: 256Kb усеченной системы: 124Kb только ядра: 33Kb
Систему можно записать в ROM.
Операционная система pSOS
Система pSOS выпускается Integrated Systems (Santa Clara, USA).
Основные характеристики:
2. Стандарт: собственный
3. Свойства как ОСРВ: . Многозадачность: многопроцессность и многозадачность . Многопроцессорность: да . Уровней приоритетов: 255 . Время реакции: 4 мкс . Время переключения контекста: 12мкс . Планирование: приоритетное; preemptive ядро
4. ОС разработки (host): UNIX/Windows
5. Процессоры (target): Motorola 68xxx, Intel 80x86, Intel 80960, ARM, MIPS, PowerPC
6. Минимальный размер: 15Kb 7. Средства синхронизации и взаимодействия: семафоры, mutex, события, и тд.
1.6. Выводы к главе 1
Основными отличиями ОСРВ от ОС общего назначения являются: . Ориентация на обработку внешних событий; . Детерминированное время реакции на внешнее событие; . Модульная организация; . Небольшой размер системы.
В главе были рассмотрены важнейшие параметры и механизмы ОСРВ, такие как: . Время реакции системы; . Время переключения контекста; . Виды диспетчеризации; . Механизмы синхронизации и межзадачного взаимодействия
Классификация ОСРВ позволяет выделить наиболее оптимальную структуру построения ОСРВ. Очевидно, что операционные системы с монолитной архитектурой, вследствие их направленности на конкретные процессорные платформы и характера взаимодействия с ядром, вряд ли могут быть использованы в качестве относительно универсальных ОСРВ для систем высокой готовности. ОСРВ на основе микроядра обладает рядом преимуществ по сравнению с монолитной архитектурой, а комбинация с объектно- ориентированным подходом, позволит системе стать аппаратно-независимой и обеспечить быструю реакцию на внешние события.
В заключении были перечислены основные свойства некоторых распространенных ОСРВ. К сожалению, ни одну из рассмотренных операционных систем нельзя назвать сетевой в широком смысле этого слова, так как уровень сетевого обмена, заложенный в многих из них соответствует уровню локальной сети. Многопроцессорная поддержка, введенная в VxWorks ориентирована только на системы с общей памятью. Отсутствие механизма отказоустойчивости, допускающего как отказы соединений (зачатки этого есть в QNX), так и отказы процессорных элементов, необходимого для отказоустойчивых специализированных вычислительных систем, нет ни в одной из этих операционных систем. Таким образом, задачей разработчиков является добавление таких модулей существующим ОСРВ, которые позволили бы обеспечить отказоустойчивость распределенных вычислительных систем.
2. Поддержка отказоустойчивости вычислительных систем средствами операционных систем реального времени
Специфика применения некоторых систем обусловливает особые требования, предъявляемые к надежности их функционирования. Отказ или сбой в их работе, повлекшие за собой неправильные результаты вычислений (или полное их отсутствие), могут привести к катастрофическим последствиям. Преимущества использования отказоустойчивых вычислительных систем непосредственно вытекают из необходимости продолжительной работы системы в условиях, когда техническое обслуживание (ремонт, замена и тд.) невозможны, труднореализуемы или сопряжены с большими экономическими затратами. Поэтому ВС и специализированные операционные системы разрабатываются таким образом, чтобы система была толерантна (терпима) к возникающим отказам. Особенно это актуально для автономных ЛА (например, космических аппаратов).
Сложность современных вычислительных средств такова, что практически невозможно проверить готовые изделия при всех предполагаемых условиях и режимах их работы. Поэтому в вычислительных системах могут быть скрытые – не проявившиеся при проверке – ошибки программного обеспечения и (или) неисправности аппаратуры, но благодаря отказоустойчивости сбой, отказ отдельного элемента как правило не приводят к искажению выходных данных.
В отличие от аппаратной части вычислительной системы появление ошибок в программе не связано с физическими процессами. Получение результатов, отличных от ожидаемых происходит в результате выполнения непроверенной части программы или в результате ошибки в программе.
Таким образом, получение ответа, отличного от ожидаемого, в некоторый момент времени есть результат выполнения непроверенной части программы, содержащей ошибку, задания входных данных, для которых поведение программы неспецифицировано, а также влияния отказов в аппаратуре на работу программы.
При рассмотрении надёжности вычислительной системы следует иметь ввиду, что она определяется надёжностью аппаратной части и надёжностью программного обеспечения. Однако, понятие надёжности программного обеспечения неконструктивно, это означает, что на этапе тестирования программы не были выявлены все ошибки. В данной работе считается, что программа не содержит ошибок, и получение результата, отличных от ожидаемого зависит от сбоев или отказов аппаратной части или иных факторов (например, влияние ЭМИ на содержание оперативной памяти), а потому вопрос о надёжности программного обеспечения не ставится. Таким образом, надёжность вычислительной системы определяется надёжностью аппаратуры и влиянием отказов в ней на отказы в вычислительной системе в целом.
Предварительные исследования показали, что для элементной базы среднего качества (надежность 0.999 - “три девятки после запятой”) при оптимальном сочетании скорости получения результата на его надежность в вычислительной среде теоретически достижима достоверность получения правильных результатов машинного счета в “двести девяток после запятой” при замедлении темпа их получения в 300-400 раз [1], что эквивалентно увеличению надежности до 200 порядков величины при введении сравнительно небольшой вычислительной избыточности, приводящей к потере производительности не более чем на 2-3 порядка, что уже на современном уровне может компенсироваться подбором компьютеров требуемой производительности.
1. Понятие отказоустойчивости ВС.
Отказоустойчивостью будем называть свойство системы, позволяющее продолжить выполнение заданных программой действий после возникновения одного или нескольких сбоев или отказов компонентов ВС.
Отказом называется событие, заключающееся в нарушении работоспособности компонента системы. Последствия отказа могут быть различными. Отказ системы может быть вызван отказом (неверным срабатыванием) каких-то ее компонентов (процессор, память, устройства ввода/вывода, линии связи, или программное обеспечение). Отказ компонента может быть вызван ошибками при конструировании, при производстве или программировании. Он может быть также вызван физическим повреждением, изнашиванием оборудования, некорректными входными данными, и многими другими причинами.
Отказы могут быть случайными, периодическими или постоянными. Случайные отказы (сбои) при повторении операции исчезают. Причиной такого сбоя может служить, например, электромагнитная помеха. Другой пример - редкая ситуация в последовательности обращений к операционной системе от разных задач. Периодические отказы повторяются часто в течение какого-то времени, а затем могут долго не происходить. Примеры - плохой контакт, некорректная работа ОС после обработки аварийного завершения задачи. Постоянные (устойчивые) отказы не прекращаются до устранения их причины - разрушения диска, выхода из строя микросхемы или ошибки в программе.
2.2. Причины и классификация отказов и сбоев
Отказы по характеру своего проявления подразделяются на византийские (система активна и может проявлять себя по-разному, даже злонамеренно) и пропажа признаков жизни (частичная или полная). Первые распознать гораздо сложнее, чем вторые.
Аппаратная реализация узлов (процессорных модулей) позволяет выделить основные классы отказов аппаратуры: - отказ процессора (центральной части ПЭ); - отказ линка - связи между ПЭ;
Идентификация отказа процессора какого-либо узла сети классифицируется, как отказ всего узла: он изолируется от остальной сети на логическом уровне и при наличии соответствующей поддержки отключается на аппаратном уровне (выключается питание).
Идентификация отказа линка (связи) приводит лишь к уменьшению степени связности узлов сети. Отказавший линк изолируется на логическом уровне путем изменения маршрутов передачи сообщений между узлами сети.
Отказ при исполнении функционального программного обеспечения может проявиться вследствие: - нарушения кодов записи программ в памяти команд; - стирания или искажения данных в оперативной или долговременной памяти; - нарушения нормального хода вычислительного процесса.
Перечисленные искажения могут действовать совместно. Отказ может проявляться в виде программного останова или зацикливания, систематического пропуска исполнения некоторой группы команд, однократного или систематического искажения данных и тд. Программные отказы приводят к прекращению выдачи абонентам информации и управляющих воздействий или к значительному искажению ее содержания и темпа выдачи, соответствующих нарушению работоспособности.
Основная особенность (и достоинство) сетевой отказоустойчивой технологии - отсутствие какого-либо (даже самого незначительного) единственного компонента (ресурса), выход из строя которого приводит к фатальному отказу всей системы. Такая система не может содержать какого- либо "центрального" (главного) узла, размещенного в одном из процессорных элементов системы, она может состоять только из "равноправных" частей, размещенных в каждом узле сети. Таким образом можно говорить лишь о деградации качества системы при отказе одного или более ее элементов. В такой системе полный отказ наступает после выхода из строя только определенного количества ресурсов, определенного на этапе проектирования.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14
