第五章 程序的執(zhí)行管理ppt課件

1、第五章 程序的執(zhí)行管理何小其1第五章詳細(xì)內(nèi)容5.1 程序的執(zhí)行級(jí)別5.2 程序執(zhí)行管理根本原那么5.3 程序執(zhí)行周期確實(shí)定5.4 時(shí)間表5.5 根本級(jí)的隊(duì)列調(diào)度2執(zhí)行管理程序1執(zhí)行管理程序是面向?qū)崟r(shí)交換的操作系統(tǒng)。執(zhí)行管理程序功能1進(jìn)程管理；2處置機(jī)管理；3存儲(chǔ)器管理；4I/O設(shè)備管理；5文件管理； 3執(zhí)行管理程序2進(jìn)程管理操作系統(tǒng)對(duì)多義務(wù)的調(diào)度管理。處置機(jī)管理對(duì)處置機(jī)內(nèi)部控制器的配置管理。4執(zhí)行管理程序3存儲(chǔ)器管理即內(nèi)存管理，操作系統(tǒng)利用內(nèi)存分配算法，運(yùn)用內(nèi)存分區(qū)、內(nèi)存池和內(nèi)存塊等概念來(lái)管理內(nèi)存，對(duì)外向用戶提供一些內(nèi)存操作API函數(shù)，方便用戶創(chuàng)建內(nèi)存分區(qū)和懇求內(nèi)存塊。由于嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和

2、可靠性要求，在程序設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量防止運(yùn)用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配。5執(zhí)行管理程序46執(zhí)行管理程序5I/O設(shè)備管理嵌入式操作系統(tǒng)為I/O設(shè)備提供簡(jiǎn)單、一致、與任何設(shè)備無(wú)關(guān)的接口。這些設(shè)備包括：面向字節(jié)設(shè)備，例如顯示終端或通訊線隨機(jī)塊存取設(shè)備，例如磁盤虛擬設(shè)備，例如程序內(nèi)部的通訊管道和套接字控制和監(jiān)視設(shè)備，例如數(shù)字和模擬I/O設(shè)備可以訪問(wèn)遠(yuǎn)端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備7執(zhí)行管理程序6文件管理嵌入式操作系統(tǒng)在文件系統(tǒng)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序之間運(yùn)用一種規(guī)范的I/O操作接口。這使得操作系統(tǒng)可以運(yùn)轉(zhuǎn)多個(gè)一樣或不同種類的文件系統(tǒng)。根據(jù)這些規(guī)范接口協(xié)議，用戶可以為嵌入式操作系統(tǒng)編寫(xiě)用戶本人的文件系統(tǒng)，并可以將文件系統(tǒng)與設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序自在組合。8

3、執(zhí)行管理程序7嵌入式系統(tǒng)支持的幾種文件系統(tǒng)以VXWORKS為例dosFs文件系統(tǒng)適用于塊存取設(shè)備磁盤的實(shí)時(shí)操作，與MS-DOS文件系統(tǒng)兼容。rawFs文件系統(tǒng)提供一種簡(jiǎn)單的原始文件系統(tǒng)。該文件系統(tǒng)將磁盤當(dāng)作一個(gè)單獨(dú)的大文件。tapeFs文件系統(tǒng)適用于不運(yùn)用規(guī)范文件或目錄構(gòu)造的磁帶設(shè)備。實(shí)踐上將磁帶盤當(dāng)作一個(gè)原始設(shè)備并將整個(gè)磁帶盤當(dāng)作一個(gè)大文件。9執(zhí)行管理程序8cdromFs文件系統(tǒng)允許運(yùn)用程序從按造ISO 9660規(guī)范文件系統(tǒng)格式化的CD-ROM設(shè)備上讀取文件。TSFS目的效力器文件系統(tǒng)經(jīng)過(guò)Tornado軟件中的目的效力器，使得目的機(jī)可以訪問(wèn)主機(jī)系統(tǒng)中的文件。TrueFFS文件系統(tǒng)支持閃存設(shè)備

4、的文件讀、寫(xiě)。10程序的執(zhí)行管理本質(zhì)程序的執(zhí)行管理的本質(zhì)就是把程序劃分為幾種不同的優(yōu)先級(jí)，按實(shí)時(shí)性要求調(diào)度各程序的執(zhí)行，實(shí)踐就是對(duì)處置機(jī)的管理。11嵌入式操作系統(tǒng)的義務(wù)1嵌入式操作系統(tǒng)提供多義務(wù)機(jī)制，用于呼應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界中多重的、離散的時(shí)間。多義務(wù)機(jī)制構(gòu)造出多線程并發(fā)執(zhí)行的假象，但實(shí)踐上，系統(tǒng)內(nèi)核是根據(jù)某種調(diào)度算法交錯(cuò)執(zhí)行的。12嵌入式操作系統(tǒng)的義務(wù)2義務(wù)的上下文每個(gè)義務(wù)擁有各自的上下文，即擁有各自的CPU環(huán)境和系統(tǒng)資源指義務(wù)被內(nèi)核調(diào)度執(zhí)行時(shí)所運(yùn)用的資源。上下文切換時(shí)，義務(wù)的上下文保管在義務(wù)控制塊TCB中。13嵌入式操作系統(tǒng)的義務(wù)3義務(wù)的上下文包括：義務(wù)的執(zhí)行點(diǎn)，即義務(wù)的程序計(jì)數(shù)器；CPU中的存放

5、器和浮點(diǎn)存放器可選；動(dòng)態(tài)變量和函數(shù)調(diào)用所需的堆棧；I/O操作分配的規(guī)范輸入、規(guī)范輸出和規(guī)范錯(cuò)誤輸出操作；一個(gè)延時(shí)定時(shí)器；一個(gè)時(shí)間片定時(shí)器；內(nèi)核控制構(gòu)造；信號(hào)句柄；用于調(diào)試和性能監(jiān)視的值。14嵌入式操作系統(tǒng)的義務(wù)4義務(wù)形狀轉(zhuǎn)變狀態(tài)符號(hào)描述就緒（READY）該狀態(tài)時(shí)任務(wù)僅等待CPU的狀態(tài)，不等待其他任何資源阻塞（PEND）任務(wù)由于一些資源不可用而被阻塞時(shí)的狀態(tài)睡眠（DELAY）處于睡眠時(shí)的任務(wù)狀態(tài)掛起（SUSPEND）該狀態(tài)時(shí)任務(wù)不執(zhí)行，主要用于調(diào)試。掛起僅僅約束任務(wù)的執(zhí)行，并不約束狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。表5-1 義務(wù)形狀符號(hào)15嵌入式操作系統(tǒng)的義務(wù)5阻塞就緒睡眠掛起Taskinit()圖5-0-0 義務(wù)形

6、狀轉(zhuǎn)換16程序調(diào)度方法1基于優(yōu)先級(jí)的搶占式義務(wù)調(diào)度運(yùn)用基于優(yōu)先級(jí)的搶占式義務(wù)調(diào)度算法，當(dāng)一個(gè)新義務(wù)優(yōu)先級(jí)高于系統(tǒng)當(dāng)前執(zhí)行義務(wù)的優(yōu)先級(jí)時(shí)，它將搶占CPU執(zhí)行。因此系統(tǒng)內(nèi)核將確保CPU分配給就緒形狀的具有高優(yōu)先級(jí)的義務(wù)執(zhí)行。17程序調(diào)度方法2T1T2T3T2T1時(shí)間優(yōu)先級(jí)高低= 義務(wù)終了= 義務(wù)搶占圖5-0-1 優(yōu)先級(jí)搶占18程序調(diào)度方法3基于優(yōu)先級(jí)的搶占式義務(wù)調(diào)度的缺陷當(dāng)多個(gè)一樣優(yōu)先級(jí)的義務(wù)需求共享一臺(tái)處置器時(shí)，假設(shè)某個(gè)執(zhí)行的義務(wù)永不阻塞，那么它將不斷獨(dú)占處置器，其他一樣優(yōu)先級(jí)的義務(wù)都沒(méi)有時(shí)機(jī)執(zhí)行。19程序調(diào)度方法4輪轉(zhuǎn)式調(diào)度當(dāng)一切一樣優(yōu)先級(jí)的義務(wù)處于就緒形狀時(shí)，輪轉(zhuǎn)算法趨向于平均運(yùn)用CPU。輪

7、轉(zhuǎn)調(diào)度算法對(duì)一切一樣優(yōu)先級(jí)的義務(wù)，經(jīng)過(guò)時(shí)間片獲得一樣的CPU處置時(shí)間。在一組一樣優(yōu)先級(jí)的義務(wù)里，每個(gè)義務(wù)將在規(guī)定的時(shí)間間隔或時(shí)間片內(nèi)執(zhí)行。20程序調(diào)度方法5T4T3T2時(shí)間優(yōu)先級(jí)高低= 義務(wù)終了= 義務(wù)搶占T2T3T2T1時(shí)間片圖5-0-2 輪轉(zhuǎn)調(diào)度215.1 程序的執(zhí)行級(jí)別5.1.1 程序級(jí)別程序級(jí)別按照實(shí)時(shí)性要求分缺點(diǎn)級(jí)周期級(jí)根本級(jí)22一、缺點(diǎn)級(jí)缺點(diǎn)級(jí)主要擔(dān)任識(shí)別缺點(diǎn)并緊急處置之。缺點(diǎn)級(jí)對(duì)時(shí)間要求非常嚴(yán)厲，普通要求一旦設(shè)備缺點(diǎn)，就應(yīng)立刻進(jìn)展缺點(diǎn)處置，所以它的執(zhí)行級(jí)別最高。23二、周期級(jí)也叫時(shí)鐘級(jí)，嚴(yán)厲按周期執(zhí)行程序，如撥號(hào)脈沖掃描程序。各種掃描程序以及超時(shí)判別程序都屬于周期級(jí)。周期級(jí)程序在

8、定時(shí)中斷的間隔執(zhí)行，其周期性由定時(shí)中斷保證。不同的周期級(jí)程序，其執(zhí)行周期是定時(shí)中斷的整數(shù)倍。24三、根本級(jí)程序根本級(jí)程序：實(shí)時(shí)要求低，沒(méi)有周期性要求的程序。可以等待插空?qǐng)?zhí)行，可以由隊(duì)列啟動(dòng)，如內(nèi)部處置程序。25程序執(zhí)行級(jí)別缺點(diǎn)級(jí)程序優(yōu)先級(jí)最高；其次是周期級(jí)程序；根本級(jí)程序級(jí)別最低。缺點(diǎn)級(jí)周期級(jí)根本級(jí)優(yōu)先級(jí)高低26CPU處置流程1正常情況下，由定時(shí)器發(fā)出定時(shí)中斷；2啟動(dòng)中斷效力程序；3由中斷效力程序調(diào)度，首先執(zhí)行周期級(jí)程序；4中斷前往，轉(zhuǎn)而執(zhí)行根本級(jí)程序，等待下一次定時(shí)中斷的到來(lái)。以上過(guò)程中，只需有缺點(diǎn)，立刻進(jìn)展現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)，進(jìn)入缺點(diǎn)級(jí)程序。27285.1.2 空余時(shí)間從根本級(jí)程序處置完，到下一個(gè)定

9、時(shí)中斷到來(lái)，普通都有一段空余時(shí)間見(jiàn)圖5.1?？臻e時(shí)間的長(zhǎng)短隨話務(wù)量的變化而變化。為了防止CPU超負(fù)荷運(yùn)算，規(guī)定處置機(jī)的呼叫處置才干應(yīng)使得在忙時(shí)的大多數(shù)情況下，能在下次時(shí)鐘到來(lái)前執(zhí)行完根本級(jí)的處置義務(wù)，也就是存在一點(diǎn)空余時(shí)間。29處置機(jī)負(fù)荷組成與話路無(wú)關(guān)部分，例如執(zhí)行管理程序的執(zhí)行。周期級(jí)程序，執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)與話路設(shè)備數(shù)及話務(wù)量有關(guān)。根本級(jí)程序，主要決議于話務(wù)量。可推遲性任務(wù)，如例行測(cè)試和查核程序。對(duì)于此類任務(wù)，空余時(shí)間長(zhǎng)就多執(zhí)行一些，空閑時(shí)間少就少執(zhí)行或不執(zhí)行。30315.2 程序執(zhí)行管理根本原那么1根本級(jí)普通不在中斷效力程序中執(zhí)行，根本級(jí)程序可以看成是處置機(jī)所執(zhí)行的根本程序。2根本級(jí)在執(zhí)行中可被中

10、斷插入而轉(zhuǎn)入中斷處置程序；3中斷級(jí)在執(zhí)行中，只允許高級(jí)別中斷進(jìn)入；4根本級(jí)被時(shí)鐘中斷插入后的恢復(fù)處置應(yīng)表達(dá)根本級(jí)中的級(jí)別。3233345.3 程序執(zhí)行周期確實(shí)定周期級(jí)程序包括輸入處置和輸出處置。輸出處置周期確定假設(shè)話路設(shè)備動(dòng)作時(shí)間為tms，那么話路設(shè)備驅(qū)動(dòng)輸出程序的周期可稍大于tms，普通與定時(shí)中斷周期成整數(shù)倍。輸入處置周期確定其掃描周期取決于交換機(jī)容量、設(shè)備數(shù)量、計(jì)算機(jī)的處置才干、外設(shè)參數(shù)等等。假設(shè)取8ms中斷一次，那么周期級(jí)程序的執(zhí)行周期普通取8ms的整數(shù)倍，如位間隔的掃描周期96ms，雙音頻號(hào)碼識(shí)別周期16ms等。355.4 時(shí)間表周期性執(zhí)行的程序有不同的執(zhí)行周期，如何按照預(yù)定的方案，有條不紊地執(zhí)行各種程序，以滿足各種程序的不同執(zhí)行周期的要求。采用時(shí)間表是一種簡(jiǎn)便而有效的方法。365.4.1 根本概念圖5.5表示時(shí)間表的根本概念?？v向?qū)?yīng)時(shí)間，每向下進(jìn)展一行代表一定的時(shí)間單位，實(shí)踐上相當(dāng)于時(shí)鐘中斷的周期。橫向代表所管理的程序類別，每一位代表一種程序，總位數(shù)可為計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)的整數(shù)倍，故一張時(shí)間表可包容的程序類別數(shù)等于字長(zhǎng)的整數(shù)倍。37385.4.2 時(shí)間表實(shí)例假定時(shí)間表字長(zhǎng)為16位，各周期級(jí)程序及其啟動(dòng)周期如下：撥號(hào)脈沖計(jì)數(shù)程序，啟動(dòng)周期為8ms；雙音頻號(hào)碼識(shí)別程序，啟動(dòng)周期為16ms；位間隔識(shí)別程序，啟動(dòng)周期為96ms；摘機(jī)掃描程序，啟動(dòng)周期為96ms；