【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 而有的事務(wù)則可能要用 “ 補(bǔ)償 ” 、 “ 替代 ” 事務(wù)。為了保證實(shí)時(shí)限制的滿(mǎn)足，恢復(fù)也不一定是一致和絕對(duì)正確的。同時(shí)，恢復(fù)過(guò)程也將影響處于活躍狀態(tài)的事務(wù)，使有的事務(wù)超過(guò)截止期，這對(duì)硬實(shí)時(shí)事務(wù)是不能接受的。因此，必須開(kāi)發(fā)新的恢復(fù)技術(shù)與機(jī)制，應(yīng)考慮到時(shí)間與資源兩者的可用性，以確定最佳恢復(fù)時(shí)機(jī)與策略，而不致于影響事務(wù)實(shí)時(shí)性的滿(mǎn)足。然而在多道程序設(shè)計(jì)環(huán)境中，必須把調(diào)整優(yōu)先權(quán)等事物外的操作作為一個(gè)原子級(jí)操作，這樣可保證恢復(fù)任務(wù)不能被搶占。 QoS 管理隨著數(shù)字視頻、音頻等連續(xù)媒體的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，對(duì)實(shí)時(shí)服務(wù)質(zhì)量 QoS支持的要求也不斷提高。在不同的應(yīng)用中，用戶(hù)對(duì) QoS的要求也不完全相同。多媒體網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)必須具有增強(qiáng)的管理功能，使得能夠支持更為靈活、更為動(dòng)態(tài)的 QoS選擇，從而使用戶(hù)可以對(duì)傳送連接進(jìn)行適當(dāng)?shù)募舨靡詽M(mǎn)足自己的特定需要。在建立端到端的連接時(shí)，用戶(hù)應(yīng)能量化和表達(dá)對(duì)有關(guān) QoS參數(shù)的希望值、可接受值和不可接受值。通信雙方必須就這些參數(shù)進(jìn)行協(xié)商，以保證這些 QoS參數(shù)值在連接持續(xù)期內(nèi)得到滿(mǎn)足。通信過(guò)程中，即使違背了事先協(xié)商的 QoS值時(shí)，操作系統(tǒng)應(yīng)能提供一定的指示信息。對(duì) 連續(xù)媒體應(yīng)用的 QoS管理 可以分成 兩種 控制模式：靜態(tài)的和動(dòng)態(tài)的。靜態(tài)控制模式是指通信前，由用戶(hù)指定一個(gè) QoS的級(jí)，并在整個(gè)連接生存期間都維護(hù)這個(gè)指定的級(jí)。而動(dòng)態(tài)控制模式則允許用戶(hù)在整個(gè)連接生存期間調(diào)整初始的 QoS值。而修改 QoS級(jí)的依據(jù)有 2種，可以根據(jù)系統(tǒng)可用資源進(jìn)行調(diào)整，或者根據(jù)任務(wù)的需要來(lái)調(diào)整。 支持連續(xù)媒體應(yīng)用的有關(guān)策略目前，對(duì)連續(xù)媒體的支持還缺乏一個(gè)全面的規(guī)劃的軟件標(biāo)準(zhǔn)和操作系統(tǒng)所支持的公共功能。如果要開(kāi)發(fā)一個(gè)適合于多媒體處理的操作系統(tǒng)，它應(yīng)該對(duì)連續(xù)媒體應(yīng)用的支持可以分為三個(gè)方面：對(duì)資源管理的支持、對(duì)程序設(shè)計(jì)的支持和對(duì)文件系統(tǒng)的支持。管理 為了支持連續(xù)媒體，應(yīng)該采取新的資源管理模式來(lái)提供必須的系統(tǒng)資源，以滿(mǎn)足一定的應(yīng)用請(qǐng)求級(jí)，從而避免出現(xiàn)那些不可預(yù)見(jiàn)的延遲和抖動(dòng)?；?QoS的資源控制在連續(xù)媒體中，可以參數(shù)形式描述其時(shí)間特性和空間特性。雖然 QoS參數(shù)大多數(shù)依賴(lài)于應(yīng)用的，但應(yīng)用系統(tǒng)一般都能提供多種可選的 QoS級(jí)，讓用戶(hù)選擇適合于自己的資源環(huán)境下工作的 QoS級(jí)，而操作系統(tǒng)必須能基于 QoS級(jí)對(duì)資源進(jìn)行管理。無(wú)論用戶(hù)的請(qǐng)求是靜態(tài)的還是動(dòng)態(tài)的，系統(tǒng)都必須對(duì)用戶(hù)所請(qǐng)求的級(jí)作出反映，當(dāng)系統(tǒng)資源能夠滿(mǎn)足用戶(hù)申請(qǐng)的 QoS級(jí)時(shí)，系統(tǒng)才會(huì)接受用戶(hù)的請(qǐng)求并提供所需的系統(tǒng)資源。當(dāng)資源不足時(shí)，系統(tǒng)將通過(guò)會(huì)話(huà)過(guò)程和用戶(hù)進(jìn)行協(xié)商，降低 QoS的級(jí)，以減少對(duì)資源的需求。存儲(chǔ)器管理存儲(chǔ)器管理要為任務(wù)進(jìn)程分配存儲(chǔ)器資源。對(duì)于連續(xù)媒體數(shù)據(jù)而言，通常都具有數(shù)據(jù)交換量大和嚴(yán)格的定時(shí)需求。傳統(tǒng)的虛擬內(nèi)存采用請(qǐng)求頁(yè)式調(diào)度，在虛存和主存之間進(jìn)行換頁(yè)交換可能要花費(fèi)許多的時(shí)間，缺頁(yè)還將延長(zhǎng)這段交換時(shí)間，從而可能影響實(shí)時(shí)進(jìn)程。如果不采用虛擬內(nèi)存，可以在進(jìn)程執(zhí)行期間將連續(xù)媒體數(shù)據(jù)鎖在存儲(chǔ)器中，但是可能影響資源利用率。另一種基于 QoS的方法中，可以利用連續(xù)媒體數(shù)據(jù)的周期性及時(shí)預(yù)調(diào)數(shù)據(jù)。其他比較重要的實(shí)用實(shí)現(xiàn)技術(shù)包括散布緩沖區(qū)法或傳遞指針?lè)?，它們都有效地提高空間使用效率。 散布緩沖區(qū)法 ，就可以將進(jìn)程地址空間裝入可能不連續(xù)的存儲(chǔ)器區(qū)域。 指針傳遞法 就是通過(guò)引用傳遞對(duì)象，而不拷貝或移動(dòng)對(duì)象本身。 實(shí)時(shí) I/O管理實(shí)時(shí) I/O子系統(tǒng)的主要 功能 是在主存儲(chǔ)器和外部設(shè)備之間傳送多媒體數(shù)據(jù)，它的中心任務(wù)就是設(shè)備管理、中斷延時(shí)與實(shí)時(shí)傳輸。設(shè)備管理為所有硬件構(gòu)件的控制與管理提供統(tǒng)一界面，通過(guò)將物理設(shè)備映射成抽象的設(shè)備驅(qū)動(dòng)器。多媒體應(yīng)用中，特別是實(shí)時(shí)連續(xù)媒體幀的輸入和輸出，必定需要大量的 I/O操作，由此頻繁地中斷內(nèi)核，從而降低系統(tǒng)吞吐率并影響QoS。 而保證單流的連續(xù)性和多相關(guān)流之間的同步的關(guān)鍵所在就是 I/O的實(shí)時(shí)功能。要提高 I/O的實(shí)時(shí)功能，可以通過(guò)改變內(nèi)核結(jié)構(gòu)以使之具有搶占性、內(nèi)核中增加安全搶占點(diǎn)集合、或?qū)?dāng)前內(nèi)核轉(zhuǎn)換成可在微內(nèi)核上運(yùn)行用戶(hù)程序。如今，網(wǎng)絡(luò)帶寬超過(guò)已經(jīng)超過(guò)了 1Gbps，而使I/O總線成為了制約系統(tǒng)總體性能的瓶頸。由此可能導(dǎo)致總線的爭(zhēng)用，因此解決 I/O總線已成為急待解決的中心問(wèn)題。 連續(xù)媒體的程序支持實(shí)時(shí)線程 RealtimeThread在通用的非實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，線程不具備的實(shí)時(shí)特性，它們只能處于初始態(tài)、就緒態(tài)、非就緒態(tài)、或退出態(tài)之一。實(shí)時(shí)線程具有普通線程所有的特性和功能，但增加了更多的細(xì)致的控制能力，最重要的就是資源的搶占和優(yōu)先級(jí)的關(guān)系。實(shí)時(shí)線程可以設(shè)定優(yōu)先級(jí)，高優(yōu)先級(jí)的線程可以安排在低優(yōu)先級(jí)線程之前完成。一個(gè)應(yīng)用程序可以通過(guò)使用線程中的方法 setPriority(int)，來(lái)設(shè)置線程的優(yōu)先級(jí)大小。時(shí)限管理實(shí)時(shí)任務(wù) 不僅要求完成每一項(xiàng)工作，并且要按照給定的時(shí)限去完成。在時(shí)限管理中，能滿(mǎn)足時(shí)限要求的有效策略就是可搶占性管理。所謂可搶占性管理 ，是指調(diào)度進(jìn)程是建立在進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)別上的。在調(diào)度優(yōu)先級(jí)中，正確計(jì)時(shí)是相當(dāng)重要的。但是在絕大多數(shù)調(diào)度策略中，運(yùn)行時(shí)間是一個(gè)很難獲得的值，如果調(diào)度進(jìn)程已經(jīng)獲得了事務(wù)處理時(shí)間的相關(guān)信息，而這些信息又可以用來(lái)檢測(cè)出哪些是最接近時(shí)限的事務(wù)，那么就可以賦予這些事務(wù)更高的優(yōu)先權(quán)，或者將那些不會(huì)超時(shí)的事務(wù)掛起。但是，如果發(fā)生計(jì)時(shí)錯(cuò)誤，事實(shí)上將改變線程的優(yōu)先級(jí)，從而導(dǎo)致不可預(yù)測(cè)的后果，尤其對(duì)實(shí)時(shí)程序來(lái)說(shuō)就是一種災(zāi)難性的故障。這就需要時(shí)限調(diào)度來(lái)保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。當(dāng)線程產(chǎn)生內(nèi)存錯(cuò)誤或浮點(diǎn)運(yùn)算錯(cuò)誤時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)將它視為一個(gè)異常來(lái)進(jìn)行標(biāo)識(shí)和處理。為了應(yīng)對(duì)這種錯(cuò)誤，系統(tǒng)必須提供捕捉計(jì)時(shí)錯(cuò)誤的接口，使得用戶(hù)能夠以應(yīng)用指定的方式進(jìn)行處理，這就是實(shí)時(shí)程序的時(shí)限處理。分布式狀況下，因?yàn)橥ㄐ诺拈_(kāi)銷(xiāo)導(dǎo)致遠(yuǎn)程服務(wù)器的響應(yīng)處理時(shí)間變得更加不可預(yù)測(cè)，因此將使實(shí)時(shí)控制變得更復(fù)雜。時(shí)限調(diào)度策略 。既要針對(duì)滿(mǎn)足時(shí)限的，又要針對(duì)不能滿(mǎn)足時(shí)限的。而賦予計(jì)時(shí)錯(cuò)誤處理程序的任務(wù)，是要解決線程的后續(xù)執(zhí)行方式。例如，一個(gè)周期性的線程錯(cuò)過(guò)了時(shí)限時(shí)，時(shí)限處理程序就必須決定是繼續(xù)運(yùn)行還是停止。通常，計(jì)時(shí)錯(cuò)誤處理程序?qū)?huì)把錯(cuò)誤線程掛起，并向用戶(hù)指定的端口發(fā)送一個(gè)消息。而另一個(gè)線程，將在該端口處獲取出錯(cuò)的消息并作出有關(guān)反映。實(shí)時(shí)同步實(shí)時(shí)同步 是連續(xù)媒體關(guān)鍵的特征，實(shí)時(shí)線程的排隊(duì)是建立在優(yōu)先權(quán)基礎(chǔ)上的，基于 FIFO的次序排列，常常會(huì)導(dǎo)致優(yōu)先權(quán)倒置。為了支持實(shí)時(shí)同步，系統(tǒng)應(yīng)該能提供快速時(shí)間標(biāo)識(shí)機(jī)制和實(shí)時(shí)互斥機(jī)制?；コ?是用來(lái)控制多任務(wù)對(duì)共享數(shù)據(jù)進(jìn)行串行訪問(wèn)的同步機(jī)制。在多任務(wù)應(yīng)用中，當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)任務(wù)同時(shí)訪問(wèn)共享數(shù)據(jù)時(shí)，可能會(huì)造成數(shù)據(jù)破壞?；コ馐顾鼈兇械卦L問(wèn)數(shù)據(jù)，從而達(dá)到保護(hù)數(shù)據(jù)的目的 .解決互斥有以下幾種方法 :1. 關(guān)閉中斷的方法 (intLock)：能解決任務(wù)和中斷 ISR之間產(chǎn)生的互斥，但使用該辦法會(huì)影響實(shí)時(shí)系統(tǒng)對(duì)外部中斷及時(shí)響應(yīng)和處理的能力。2. 關(guān)閉系統(tǒng)優(yōu)先級(jí) (taskLock)：它可使當(dāng)前任務(wù)的執(zhí)行只能被中斷，而不能被高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)搶占。但是，這種方法實(shí)際上也不適合于實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的。3. 信號(hào)量 (Semaphore)：信號(hào)量是解決互斥和同步協(xié)調(diào)進(jìn)程最好的方法。使用創(chuàng)建信號(hào)量Semaphore的辦法，說(shuō)明任務(wù)的屬性。實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的 IPC實(shí)時(shí)系統(tǒng) 主要包括多任務(wù)調(diào)度（采用優(yōu)先級(jí)搶占方式）、任務(wù)間的同步和進(jìn)程間通信，這種通信方式被稱(chēng)為進(jìn)程間通信機(jī)制（ interprocess munication IPC）。進(jìn)程間通信（IPC）是運(yùn)行在多任務(wù)操作系統(tǒng)中或聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)上的程序和進(jìn)程使用的一組技術(shù)， IPC支持進(jìn)程間有效的通信， LPC能共享內(nèi)存空間、同步任務(wù)并相互發(fā)送消息。遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用被稱(chēng)為 RPC，它類(lèi)似于 LPC。網(wǎng)絡(luò)上的客戶(hù)機(jī)／服務(wù)器模式利用了 RPC機(jī)制，客戶(hù)在他自己的機(jī)器上執(zhí)行部分任務(wù)，但還要依賴(lài)服務(wù)器提供的后端文件服務(wù)。RPC為客戶(hù)提供通信機(jī)制，以使服務(wù)請(qǐng)求發(fā)送到后端服務(wù)器。解決任務(wù)間的同步和進(jìn)程間協(xié)調(diào)問(wèn)題可以采用以下的幾種方式：內(nèi)存共享 （ Shared Memory）：用于簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)共享。信號(hào)量 （ Semaphore）：用于基本的互斥和同步。消息隊(duì)列 （ Message queues）和 管道 （ Pipe）：用于單個(gè) CPU中，任務(wù)間的信息傳遞。套結(jié)字 （ Socket）和 遠(yuǎn)程調(diào)用 （ Remote procedure calls）：用于網(wǎng)絡(luò)任務(wù)間的通信