Системы, управляемые событиями

В моделях централизованного управления, как правило, управление системой определяется значениями некоторых переменных ее состояния. В противоположность таким моделям существуют системы, управление которыми основано на внешних событиях. В данном контексте под событием подразумевается не только бинарный сигнал типа "да-нет". Здесь сигнал может принимать некоторый диапазон значений. Различие между событием и обычными входными данными заключается в том, что планирование события выходит за рамки управления процессом, обрабатывающим это событие. Для обработки события подсистеме необходим доступ к информации состояния, однако такая информация обычно не определяется потоком управления.

Разработано множество различных типов событийно-управляемых систем. К ним относятся электронные таблицы, в которых изменение значения в какой-либо ячейке изменяет содержимое других ячеек, системы искусственного интеллекта, в которых при выполнении некоторого условия происходит инициирование действия либо используются активные объекты, тогда при изменении значения свойства объекта инициируется некоторое действие. В книге [128] подробно рассматриваются различные типы событийно-управляемых систем.

В этом разделе описаны две модели систем, управляемых событиями.

1. Модели передачи сообщений. В этих моделях событие представляет собой передачу сообщения всем подсистемам. Любая подсистема, которая обрабатывает данное событие, отвечает на него.

2. Модели, управляемые прерываниями. Такие модели обычно используются в системах реального времени, где внешние прерывания регистрируются обработчиком прерываний, а обрабатываются другим системным компонентом.

Модели передачи сообщений эффективны при интеграции подсистем, распределенных на разных компьютерах, которые объединены в сеть. Модели, управляемые прерываниями, используются в системах реального времени со строгими временными требованиями.

В модели передачи сообщений (рис. 10.7) подсистемы реагируют на определенные события. Если произошло некоторое событие, управление переходит к подсистеме, обрабатывающей данное событие. Между моделью передачи сообщений и моделью централизованного управления, показанной на рис. 10.6, существует отличие: алгоритм управления не встроен в обработчик сообщений и событий. Подсистемы определяют, какие события им требуются, а обработчик сообщений и событий следит, чтобы данные события были отправлены именно им.

Рис. 10.7. Модель управления, основанная на передаче сообщений

Все события могут генерировать сообщения всем подсистемам, но при этом значительно увеличивается нагрузка при обработке данных. Часто обработчик событий и сообщений управляет регистром подсистем и событиями, на которые они реагируют. Подсистемы генерируют события, в которых, возможно, есть данные для обработки. Обработчик регистрирует событие, принимая во внимание его регистр, и передает это событие в те подсистемы, которые на него реагируют.

Обработчик события всегда поддерживает двухточечное взаимодействие. Поэтому подсистемы могут явно отправить сообщение другой подсистеме. Существует множество разновидностей этой модели [291, 114, 14*]. Брокеры запросов к объектам, обсуждаемые в главе 11, также поддерживают данную модель управления при взаимодействии между распределенными объектами.

Преимуществом модели передачи сообщений является относительно простая модернизация систем, построенных в соответствии с этой моделью. Новую подсистему можно интегрировать в систему, регистрируя ее события в обработчике событий. Каждая подсистема может активизировать любую другую подсистему, не зная ее имени или размещения. Подсистемы также можно реализовать на разных машинах.

Недостатком данной модели является то, что подсистемам неизвестно, когда произойдет обработка события. Генерируя событие, подсистема не знает, какая именно система прореагирует на него. Вполне допустима ситуация, когда разные подсистемы реагируют на одинаковые события. Это может привести к конфликтам при получении доступа к результатам обработки события.

Системы реального времени, в которых одним из требований является быстрая обработка внешних событий, должны быть событийно-управляемыми. Например, система реального времени, управляющая системой безопасности автомобиля, должна определить возможную аварию и успеть наполнить воздухом подушку безопасности до того, как голова водителя ударится о руль. Для того чтобы обеспечить быструю реакцию на события, необходимо использовать управление, основанное на прерываниях.

На рис. 10.8 показана модель управления, основанная на прерываниях. Для каждого типа прерываний существует свой обработчик. Каждый тип прерывания ассоциируется с ячейкой памяти, в которой хранится адрес обработчика прерывания. При получении определенного прерывания аппаратный переключатель немедленно передает управление обработчику прерывания. В ответ на событие, вызванное прерыванием, обработчик может запустить или завершить другие процессы.

Рис. 10.8. Модель управления, основанная на прерываниях

Данная модель используется только в жестких системах реального времени, где требуется немедленная реакция на определенные события. Можно скомбинировать эту модель с моделью централизованного управления. Центральный диспетчер обрабатывает нормальный ход выполнения системы, а в критических ситуациях используется управление, основанное на прерываниях.

Преимуществом такого подхода является мгновенная реакция системы на происходящие события, недостатками – сложность программирования и аттестации системы. Практически невозможно имитировать все прерывания в процессе тестирования системы. Сложно изменять системы, разработанные на основе такой модели, так как число прерываний ограничено аппаратурой. Никакие другие типы событий не обрабатываются, если достигнут этот предел. Ограничение иногда можно обойти, если на одном прерывании определить несколько типов событий и предоставить для их обработки отдельный обработчик. Однако, если требуется очень быстрая реакция на прерывание, такой подход оказывается непрактичным.