實時系統模型科技術語01基本介紹任務分類可預測性模型目錄030204基本信息一個實時系統模型由三個部分組成，調度與資源訪問控制、處理器和資源等，實時系統與通用操作系統不同，實時系統是應用在某個具體的場合中，且實時系統的任務必須在時限內完成。實時系統的設計就是要采用合適的任務調度算法，保證任務在時限內完成，而不論是否發生其他事情。實時系統注重的是個體表現，更準確地講是個體最壞情況表現，即在最壞情況下也要保證個體的處理在其時限內完成。基本介紹基本介紹一個實時系統模型由三個部分組成，如圖1所示。任務圖位于模型圖的上面部分，它給出了任務的執行時間、資源需求、定時約束和任務之間的依賴關系。下面部分是資源圖，描述資源的數量和屬性，以及使用資源的規則。在中間是操作系統使用的調度和資源訪問控制算法。注意，圖1中給出的是簡化了的模型，有些參數和關系沒有詳細表示出。圖1實時系統模型可預測性可預測性實時系統的可預測性包含兩個方面：第一個方面是指任務處理在沒有被打斷的情況下的執行時間可預測，主要指任務的最長處理時間是可預測的；第二個方面是指實時系統在多任務調度、資源分配和需要中斷服務的情況下，各任務保證在時限內完成處理。實時系統采用各種算法和策略，始終保證系統行為的可預測性(predictability)。可預測的系統可靠性更高。通用操作系統的設計注重多個任務的平均表現性能，盡量縮短系統的平均響應時間和提高系統的吞吐率，在單位時間內為盡可能多的用戶請求提供服務。實時系統與通用操作系統不同，實時系統是應用在某個具體的場合中，且實時系統的任務必須在時限內完成。實時系統的設計就是要采用合適的任務調度算法，保證任務在時限內完成，而不論是否發生其他事情。實時系統注重的是個體表現，更準確地講是個體最壞情況表現，即在最壞情況下也要保證個體的處理在其時限內完成。一切導致系統不可預測的因素都是實時系統設計者所不期望的，比如Cache的使用。Cache在通用計算機中的使用很普遍，它能有效地減少存儲器存取的時間，以增加系統的平均吞吐率。Cache分配算法之一就是當前執行的任務完全占有整個Cache，這種方法使Cache的命中率很高，從而減少了存取數據的時間。在通用計算機系統中，這是一種常用的方法。但是，對于實時系統的設計者來說，這種方法導致了任務執行時間不可預測。下面舉一個例子說明。任務分類任務分類實時系統的任務有兩種分類方法：第一種是根據任務到達時間是否可預測來分類；第二種是根據任務沒有在時限內處理完而所造成后果的嚴重程度來分類。根據第一種分類方法，可以把實時系統的任務分為周期任務和非周期任務。●實時系統中有很多任務被重復地執行。例如，在飛機上，傳感器要每隔100ms對飛機的速度、高度和姿態等參數進行采集。這些傳感器采集的信息送到實時控制計算機中，作為周期任務的輸入參數。這些周期任務調整飛機的副翼、方向舵等控制面，以保持飛機的穩定。周期任務是設計者已知的，所以這類任務的調度方法可以預先設定。●除周期任務外的其他任務是偶爾出現的，兩次任務的釋放時間間隔服從某種概率分布。例如，飛行員需要飛機轉彎，一系列相關任務會被執行。非周期任務是不可預測的，系統必須保留足夠的時間來執行這些任務。非周期任務中，必須在嚴格的時限內完成的任務又稱為偶發(sporadic)任務。根據第二種分類方法，可以把實時系統的任務分為關鍵(critical)任務和非關鍵任務。●關鍵任務需要在時限內完成，否則后果會很嚴重，例如，飛機的穩定控制系統。但是，關鍵任務的發生頻率可能過高，并不需要每次發生都需要成功地執行。比如，一個關鍵的周期任務每發生n次，只需要執行完一次就可以保證系統的正常。模型模型系統資源、處理器和資源系統資源分為兩大類：處理器和資源。這里所指的“處理器”是抽象的，包括CPU、磁盤、絡鏈路和數據庫服務器等具有計算、檢索和傳輸功能的部件。處理器執行機器指令、搬移數據、檢索文件和處理查詢。每個任務的執行必須擁有一個或多個處理器。處理器又常被稱作服務器和主動資源。如果兩個處理器功能是一樣的并且可以交換使用，就可以認為它們是同一類型。“資源”一詞專指被動資源，如內存、互斥量和資源鎖。任務執行除了需要處理器外，還需要一些資源。資源在使用的過程中不會被消耗掉，所以資源是可重用的。如果某種資源是豐富的，總是能被任務得到，它就不會在實時系統模型中出現，這樣做的目的是為了簡化模型。實時系統任務的參數一個任務可以由其時間參數、功能參數、資源參數和互聯參數來表征。時間參數說明了任務的定時約束和行為，如時限和