Системы реального времени. Системы жесткого и мягкого реального времени.

Главной задачей является получение точного времени поступления пакета. Так как стандартными средствами (такими, как winpcap, libpcap) мы обойтись не можем из-за возникновения большой погрешности во временной метке пакета, то будем использовать операционную систему реального времени, основной задачей которой является- получение правильных результатов за определенный крайний срок. Следовательно, вычислительная правильность системы зависит от двух составляющих: логической правильности результатов, и правильности выбора времени, то есть способности выполнения вычислений за крайние сроки.

Понятия «реальное время», «работа в реальном масштабе времени», «операционные системы реального времени» известны всем, но толкуются они часто по-разному и спектр этих толкований очень широк. Количество иллюзий и мифов в мире реального времени велико. Например, часто путают такие понятие, как «реальное время» и «скорость». Иногда полагают, что применение операционной системы реального времени автоматически разрешит все проблемы создания надежной предсказуемой системы. Иногда, наоборот, считают, что системы реального времени - занятие для теоретиков, а любую задачу реального времени можно решить, используя популярные операционные системы общего назначения – достаточно быть просто хорошим программистом и знать архитектуру компьютера [9].

ОС общего назначения, особенно многопользовательские, такие как UNIX, ориентированы на оптимальное распределение ресурсов компьютера между пользователями и задачами (системы разделения времени), В операционных системах реального времени подобная задача отходит на второй план – все отступает перед главной задачей - успеть среагировать на события, происходящие на объекте.

Другое отличие – применение операционной системы реального времени всегда связано с аппаратурой, с объектом, с событиями, происходящими на объекте. Система реального времени, как аппаратно-программный комплекс, включает в себя датчики, регистрирующие события на объекте, модули ввода-вывода, преобразующие показания датчиков в цифровой вид, пригодный для обработки этих показаний на компьютере, и, наконец, компьютер с программой, реагирующей на события, происходящие на объекте. Операционная система реального времени ориентирована на обработку внешних событий. Именно это приводит к коренным отличиям (по сравнению с ОС общего назначения) в структуре системы, в функциях ядра, в построении системы ввода-вывода [7]. Операционная система реального времени может быть похожа по пользовательскому интерфейсу на ОС общего назначения, однако устроена она совершенно иначе.

Кроме того, применение операционных системах реального времени всегда конкретно. Если ОС общего назначения обычно воспринимается пользователями (не разработчиками) как уже готовый набор приложений, то операционная система реального времени служит только инструментом для создания конкретного аппаратно-программного комплекса реального времени. И поэтому наиболее широкий класс пользователей операционных системах реального времени – разработчики комплексов реального времени, люди проектирующие системы управления и сбора данных. Проектируя и разрабатывая конкретную систему реального времени, программист всегда знает точно, какие события могут произойти на объекте, знает критические сроки обслуживания каждого из этих событий.

Назовем системой реального времени (в дальнейшем СРВ) аппаратно-программный комплекс, реагирующий в предсказуемые времена на непредсказуемый поток внешних событий [7].

Это определение означает, что:

· Система должна успеть отреагировать на событие, произошедшее на объекте, в течение времени, критического для этого события (meet deadline). Величина критического времени для каждого события определяется объектом и самим событием, и, естественно, может быть разной, но время реакции системы должно быть предсказано (вычислено) при создании системы. Отсутствие реакции в предсказанное время считается ошибкой для систем реального времени.

· Система должна успевать реагировать на одновременно происходящие события. Даже если два или больше внешних событий происходят одновременно, система должна успеть среагировать на каждое из них в течение интервалов времени, критического для этих событий.

Различают системы реального времени двух типов – системы жесткого реального времени и системы мягкого реального времени.

Системы жесткого реального времени не допускают никаких задержек реакции системы ни при каких условиях, так как:

· результаты могут оказаться бесполезны в случае опоздания,

· может произойти катастрофа в случае задержки реакции,

· стоимость опоздания может оказаться бесконечно велика.

Примеры систем жесткого реального времени – бортовые системы управления, системы аварийной защиты, регистраторы аварийных событий.

Системы мягкого реального времени характеризуются тем, что задержка реакции не критична, хотя и может привести к увеличению стоимости результатов и снижению производительности системы в целом [7,9].

Пример – работа сети. Если система не успела обработать очередной принятый пакет, это приведет к таймауту на передающей стороне и повторной посылке (в зависимости от протокола). Данные при этом не теряются, но производительность сети снижается.

Основное отличие между системами жесткого и мягкого реального времени можно выразить так: система жесткого реального времени никогда не опоздает с реакцией на событие, система мягкого реального времени – не должна опаздывать с реакцией на событие.

Назовем операционной системой реального времени такую систему, которая может быть использована для построения систем жесткого реального времени [9].

Это определение выражает отношение к операционным системам реального времени как к объекту, содержащему необходимые инструменты, но также означает, что этими инструментами еще необходимо правильно воспользоваться.