Операционные системы реального времени

Одну из сложнейших и крайне важных областей применения вычислительной техники представляют собой задачи реального времени. Как правило, они связаны с контролем и управлением процессами, являющимися неотъемлемой частью современной жизни, например, управление прокатными станами, движение на автомагистралях, контроль за состоянием окружающей среды, управление атомными и космическими станциями и т.д. Эти задачи предъявляют такие требования к аппаратному и программному обеспечению, как надежность, высокая пропускная способность передающей среды в распределенных системах, своевременная реакция на внешние события и т.д.

Система реального времени (СРВ) – аппаратно-программный комплекс, реагирующий в предсказуемый промежуток времени на непредсказуемый поток внешних событий. Это означает, что система должна успеть отреагировать на событие, произошедшее на объекте, в течение времени, критического для этого события. Величина критического времени для каждого события определяется объектом и самим событием и 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 интервала времени, критического для этих событий.

Различают системы реального времени двух типов – системы жесткого реального времени (СЖРВ) и системы мягкого реального времени (СМРВ).

СЖРВ 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.

СМРВ характеризуются тем, что задержка реакции не критична, хотя и может привести к увеличению стоимости результатов и снижению производительности системы в целом. Пример – работа компьютерной сети. Если система не успела обработать очередной принятый пакет данных, это приведет к прекращению ожидания (таймауту) на передающей стороне и повторной посылке. Данные при этом не теряются, но производительность сети снижается.

Основное отличие между СЖРВ и СМРВ 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.

Операционная система реального времени – это такая система, которая может быть использована для построения СЖРВ. Примеры таких ОС: VxWorks, pSOS+, OS9, OS9000, LinxOS, QNX, VRTX, RMX, pDOS, VMEexec. Стоимость ОСРВ обычно исчисляется десятками тысяч долларов, хотя есть и свободные ОС.

Наиболее востребованными на предприятиях являются автоматизированные системы управления технологическими процессами реального времени (АСУТП РВ). Жизненный цикл таких систем исчисляется десятками лет – причем это время непрерывного функционирования системы, в течение которого не должно быть сбоев и ошибок в работе. Нелишне упомянуть, что ответственность за такие ошибки часто несет разработчик системы.

Прикладное ПО

Прикладная программа (приложение) – программа, предназначенная для выполнения определенных пользовательских задач и рассчитанная на непосредственное взаимодействие с пользователем.

Задачи, которые выполняет ППО, различаются в зависимости от области применения компьютера. Соответственно, и прикладных программ существует огромное множество. Зачастую для решения одной и той же задачи можно найти несколько конкурентных программ, функционирующих более или менее эффективно. Кроме того, к приложениям, используемым на промышленных объектах, предъявляются повышенные требования к надежности и безопасности.

ППО можно классифицировать по следующим признакам.

По типу

1. Программные средства общего назначения:

– текстовые редакторы;

– текстовые процессоры;

– издательские системы;

– графические системы;

– СУБД;

– электронные таблицы;

– веб-браузер и сетевые программы.

2. Программные средства специального назначения:

– экспертные системы;

– авторские системы;

– гипертекстовые системы (электронные словари, энциклопедии, справочные системы);

– мультимедиа приложения (медиаплееры, программы для создания и редактирования видео, звука, text-to-speech и пр.).

3. Профессиональные программные средства:

– АСУ;

– АСУП ТП;

– САПР;

– АРМ;

– АСНИ;

– педагогические комплексы;

– системы телекоммуникаций;

– геоинформационные системы;

– биллинговые системы;

– системы электронного документооборота;

– системы управления содержанием;

– системы управления складом;

– системы планирования ресурсов предприятия;

– системы управления основными фондами предприятия;

– системы управления маркетинговыми ресурсами;

– системы оперативного управления производством и ремонтами;

– и т.д.

По сфере применения

1. Прикладное программное обеспечение предприятий и организаций. Например, финансовое управление, система отношений с потребителями, сеть поставок. К этому типу относится также ведомственное ПО предприятий малого бизнеса, а также ПО отдельных подразделений внутри большого предприятия. (Примеры: Управление транспортными расходами, Служба IT поддержки)

2. Программное обеспечение обеспечивает доступ пользователя к устройствам компьютера.

3. Программное обеспечение инфраструктуры предприятия. Обеспечивает общие возможности для поддержки ПО предприятий. Это системы управления базами данных, серверы электронной почты, управление сетью и безопасностью.

4. Программное обеспечение информационного работника. Обслуживает потребности индивидуальных пользователей в создании и управлении информацией. Это, как правило, управление временем, ресурсами, документацией, например, текстовые редакторы, электронные таблицы, программы-клиенты для электронной почты и блогов, персональные информационные системы и медиа редакторы.

5. Программное обеспечение для доступа к контенту. Используется для доступа к тем или иным программам или ресурсам без их редактирования (однако может и включать функцию редактирования). Предназначено для групп или индивидуальных пользователей цифрового контента. Это, например, медиа-плееры, веб-браузеры, вспомогательные браузеры и др.

6. Образовательное программное обеспечение по содержанию близко к ПО для медиа и развлечений, однако в отличие от него имеет четкие требования по тестированию знаний пользователя и отслеживанию прогресса в изучении того или иного материала. Многие образовательные программы включают функции совместного пользования и многостороннего сотрудничества.

7. Имитационное программное обеспечение. Используется для симуляции физических или абстрактных систем в целях научных исследований, обучения или развлечения.

8. Инструментальные программные средства в области медиа. Обеспечивают потребности пользователей, которые производят печатные или электронные медиа ресурсы для других потребителей, на коммерческой или образовательной основе. Это программы полиграфической обработки, верстки, обработки мультимедиа, редакторы HTML, редакторы цифровой анимации, цифрового звука и т. п.

9. Прикладные программы для проектирования и конструирования. Используются при разработке аппаратного и программного обеспечения. Охватывают автоматизированное проектирование (computer aided design – CAD), автоматизированный инжиниринг (computer aided engineering – CAE), редактирование и компилирование языков программирования, программы интегрированной среды разработки (Integrated Development Environments).