Управление процессами

Управление процессами – это выбор процесса на выполнение, выделение для него ресурсов памяти и процессора и запуск процесса.

Периодическими называются процессы, которые должны выполняться через фиксированный предопределенный промежуток времени (например, при сборе данных или управлении исполнительными механизмами). Управляющая программа системы реального времени для определения момента запуска процесса использует свои часы реального времени. В большинстве систем реального времени есть несколько классов периодических процессов с разными периодами (интервалами времени между выполнением процессов) и длительностью выполнения. Управляющая программа должна быть способна в любой момент времени выбрать процесс, назначенный на выполнение.

Часы реального времени конфигурируются так, чтобы периодически подавать тактовый сигнал, период между сигналами составляет обычно несколько миллисекунд. Сигнал часов инициирует процесс на уровне прерываний, который запускает планировщик процессов для управления периодическими процессами. Процесс на уровне прерываний обычно сам не управляет периодическими процессами, поскольку обработка прерываний должна завершаться как можно быстрее.

Действия, выполняемые управляющей программой при управлении периодическими процессами, показаны на рис. 13.5. Планировщик просматривает список периодических процессов и выбирает из него на выполнение один процесс. Выбор зависит от приоритета процесса, периода процесса, предполагаемой длительности выполнения и конечных сроков завершения процесса. Иногда за один период между тактовыми сигналами часов необходимо выполнить два процесса с разными длительностями выполнения. В такой ситуации один процесс необходимо приостановить на время, соответствующее его длительности.

Рис. 13.5. Действия управляющей программы при запуске процесса

Если управляющей программой зарегистрировано прерывание, это означает, что к одному из сервисов сделан запрос. Механизм прерываний передает управление предопределенной ячейке памяти, в которой содержится команда переключения на программу обслуживания прерываний. Эта программа должна быть простой, короткой и быстро выполняться. Во время обслуживания прерываний все другие прерывания системой игнорируются. Чтобы уменьшить вероятность потери данных, время пребывания системы в таком состоянии должно быть минимальным.

Программа, выполняющая сервисную функцию, должна перекрыть доступ следующим прерываниям, чтобы не прервать саму себя. Она должна выявить причину прерывания и инициировать процесс с высоким приоритетом для обработки сигнала, вызвавшего прерывание. В некоторых системах высокоскоростного сбора данных обработчик прерываний сохраняет для последующей обработки данные, которые в момент получения прерывания находились в буфере. После обработки прерывания управление вновь переходит к управляющей программе.

В любой момент времени может быть несколько назначенных на выполнение процессов с разными уровнями приоритетов. Планировщик устанавливает порядок выполнения процессов. Эффективное планирование играет важную роль, если необходимо соответствовать требованиям, которые предъявляются к системе реального времени. Существует две основные стратегии планирования процессов.

1. Невытесняющее планирования. Один процесс планируется на выполнение, он запускается и выполняется до конца или блокируется по каким-либо причинам, например при ожидании ввода данных. При таком планировании могут возникнуть проблемы, связанные с тем, что в случае нескольких процессов с разными приоритетами процесс с высоким приоритетом должен ждать завершения процесса с низким приоритетом.

2. Вытесняющее планирование. Выполнение процесса может быть приостановлено, если к сервису поступили запросы от процессов с более высоким приоритетом. Процесс с более высоким приоритетом имеет преимущество перед процессом с более низким уровнем приоритета, и поэтому ему выделяется процессор.

В рамках этих стратегий разработано множество различных алгоритмов планирования. К ним относится циклическое планирование, при котором каждый процесс выполняется по очереди, и планирование по скорости, когда при первом выполнении получают более высокий приоритет процессы с коротким периодом выполнения [64]. Каждый из алгоритмов планирования имеет определенные преимущества и недостатки, однако здесь мы их рассматривать не будем.

Информация о назначенном на выполнение процессе передается администратору ресурсов. Он выделяет для выбранного процесса необходимую память, а в многопроцессорной системе – еще и процессор. Затем процесс помещается в "список назначений", т.е. в список процессов, назначенных на выполнение. Когда процессор завершает выполнение какого-либо процесса и становится свободным, вызывается диспетчер. Он просматривает имеющийся список, выбирает процесс, который можно выполнять на свободном процессоре, и запускает его на выполнение.