33ОС QNX 34Что такое QNX
Основным назначением любой операционной системы (ОС) является управление ресурсами компьютера. Все процессы в системе: планирование выполнения прикладных программ, запись файлов на диск, пересылка данных по сети и т.д., - должны выполняться как можно более единообразно и бесконфликтно.
Некоторые прикладные системы могут предъявлять повышенные требования к управлению ресурсами и планированию процессов. Например, работа приложений реального времени зависит от того, как операционная система управляет большим количеством событий, возникающих за конечные интервалы времени. Чем больше функций берет на себя ОС, тем более свободно "чувствуют" себя эти приложения при возникновении конфликтных ситуаций.
Для приложений, работающих в режиме реального времени, QNX является идеальной операционной системой. Она удовлетворяет всем основным требованиям, предъявляемым к системам реального времени: в ней реализован многозадачный режим, приоритетно-управляемое планирование и быстрое переключение контекста.
Кроме того, система QNX обладает большой гибкостью. Разработчики могут легко адаптировать ее под требования своих приложений. Настройка системы QNX может быть выполнена от минимальной (ядро и несколько небольших модулей) до полной сетевой конфигурации (обслуживание сотен пользователей), позволяя использовать в каждом конкретном случае только те ресурсы, которые необходимы.
Уникальная эффективность, модульность и простота системы QNX определяется:
архитектурой ядра;
взаимодействием между процессами посредством сообщений.
35Архитектура ядра системы QNX
Система QNX состоит из небольшого ядра (микроядра) и набора взаимодействующих процессов. Как показано на рисунке 13, система не имеет иерархической структуры, ее организация скорее напоминает "спортивную команду", в которой игроки (процессы), имеющие равную значимость, взаимодействуют друг с другом и со своим "ведущим игроком" (ядром).
|
- Микроядро системы QNX координирует работу системных администраторов
| 36Ядро системы QNX
Ядро является "сердцем" любой операционной системы. В некоторых системах на ядро возложено такое количество функций, что, по сути дела, оно само является полной операционной системой.
В системе QNX ядро является действительно ядром. Прежде всего, как и подобает ядру операционной системы реального времени, оно имеет небольшой размер_-_менее 8 Кбайт. На ядро системы QNX возложено выполнение только двух основных функций:
передача сообщений (ядро реализует передачу всех сообщений между всеми процессами во всей системе);
планирование (планировщик является частью ядра и подключается каждый раз, когда процесс меняет свое состояние в результате появления сообщения или прерывания).
В отличие от процессов само ядро никогда не планируется к выполнению. Управление передается ядру только в результате прямого вызова ядра либо из процесса, либо по аппаратному прерыванию.
37Системные процессы
Все функции, выполняемые операционной системой QNX, за исключением функций ядра, реализуются стандартными процессами. В типичной конфигурации системы QNX имеются следующие системные процессы:
Администратор процессов (Proc);
Администратор файловой системы (Fsys);
Администратор устройств (Dev);
Сетевой администратор (Net).
38Системные процессы и процессы пользователя
Системные процессы практически ничем не отличаются от любого процесса пользователя: у них нет специального или скрытого интерфейса, недоступного процессу пользователя.
Именно такая архитектура обеспечивает системе QNX неограниченную расширяемость. Поскольку большинство функций QNX выполняется стандартными системными процессами, то расширить операционную систему совсем не сложно: достаточно написать и включить в систему программу, реализующую новую функцию ОС.
Действительно, грань между операционной системой и прикладными программами весьма условна. Единственным принципиальным отличием системных процессов от прикладных является то, что системные процессы управляют ресурсами системы, предоставляя их прикладным процессам.
Сервер базы данных должен выполнять функции, аналогичные функциям Администратора файловой системы, который получает запросы (сообщения) на открытие файлов и чтение или запись данных. Несмотря на то, что запросы к серверу базы данных могут быть более сложными, и в том и в другом случае формируется набор примитивов (посредством сообщений), в результате чего обеспечивается доступ к системному ресурсу. В обоих случаях речь идет о процессах, которые могут быть написаны конечным пользователем и выполняться по необходимости. Таким образом, сервер базы данных можно рассматривать как системный процесс в одном случае и как прикладной в другом. Фактически нет никакой разницы. Важно отметить, что в системе QNX подобные процессы включаются без каких бы то ни было модификаций других компонентов операционной системы.
39Драйверы устройств
Драйверы устройств - это процессы, которые избавляют операционную систему от необходимости иметь дело со всеми особенностями работы аппаратного обеспечения.
Поскольку драйверы выполняются как стандартные процессы, то добавление нового драйвера в систему QNX не влияет на работу других компонентов операционной системы. Единственное изменение, которое происходит в среде QNX - это запуск нового драйвера.
Драйвер может быть оформлен либо как дополнение к системному процессу, либо, для сохранения его "индивидуальности", в качестве стандартного процесса.
40Связь между процессами
В типичной многозадачной среде, при одновременном выполнении нескольких процессов реального времени, операционная система должна обеспечивать возможность взаимодействия процессов друг с другом.
Связь между процессами (interprocess communication - IPC) является ключом к разработке приложений, представляющих собой набор взаимосвязанных процессов, в котором каждый процесс выполняетет одну строго определенную функцию.
В QNX реализован простой, но мощный набор IPC-возможностей, благодаря которому значительно упрощается разработка приложений, представляющих набор взаимодействующих процессов.
41Операционная система с передачей сообщений
QNX стала первой коммерческой операционной системой данного класса, в которой IPC основан на принципе передачи сообщений. Именно благодаря глобальному использованию передачи сообщений во всей системе, ОС QNX обладает присущей ей мощностью, простотой и элегантностью.
В системе QNX под сообщением понимается пакет байтов, передаваемый от одного процесса к другому. QNX не предъявляет никаких требований к содержимому сообщения: данные в сообщении имеют значение только для его отправителя и получателя.
Посредством сообщений происходит не только передача данных между процессами, но также и синхронизация выполнения нескольких процессов. При передаче, получении и выдаче ответа на сообщения процессы изменяют свое состояние, что определяет время и продолжительность их выполнения. Располагая информацией о состоянии и приоритетах процессов, ядро может максимально эффективно планировать их выполнение, используя все доступные ресурсы центрального процессора. Этот метод передачи сообщений используется глобально во всей системе.
Для приложений реального времени требуется зависимая форма IPC, т.к. процессы, входящие в состав подобных приложений, сильно взаимосвязаны. Механизм передачи сообщений, реализованный в системе QNX, позволяет обеспечить высокую надежность работы приложений.
|
