實開放系統

實開放式系統，是指系統中非相關的實時或非實時套用可單獨進行開發和驗證，並且，當系統進行動態擴展時，無須作全局的實時性分析。在實時系統研究中，實時調度是一個難點，也是被廣泛研究的題目。

基本介紹

• 中文名：實開放系統
• 外文名：Real-time open system
• 學科：計算機科學與技術
• 基本釋義：實時套用可單獨進行開發和驗證
• 特點：動態的可擴展能力
• 主要研究：調度方法

基本概念

對於開放系統，美國電氣和電子工程師協會(IEEE)給出了以下定義：“開放系統應提供這樣一些功能，它們使正確執行的應用程式能在多個廠商提供的不同平台上運行，和其它應用程式互操作，並且為用戶相互作用提供一個統一風格的界面。”該定義中有三個關鍵點：一是應用程式能在不同平台上運行；二是套用軟體能夠互操作；三是有統一風格的人機界面(HCI)。

實開放式系統，是指系統中非相關的實時或非實時套用可單獨進行開發和驗證，並且，當系統進行動態擴展時，無須作全局的實時性分析。

特點

在實開放式系統中：

（1）多類實時調度策略、非實時調度策略可被集成，以構建多調度策略並存的實時複合任務調度機制；

（2）開發者可根據實際需要，為各個套用選擇不同的調度方法，按照一定的比例，分別請求一定的系統計算
資源；

（3）在不影響系統中原有實時任務集調度的前提下，任務可以動態載入，並進行可載入性測試；

（4）非相關套用在系統中共同運行時互不干擾；

（5）各個套用之間的調度由開放式系統自動完成。

現狀

在實時計算中，系統的正確性不僅依賴於計算的邏輯結果還依賴於結果產生的時間。在實時系統研究中，實時調度是一個難點，也是被廣泛研究的題目。調度的實質是資源的分配，進一步地，實時調度強調的是為一系列任務決定何時得到何種資源運行。合理的實時調度可以充分利用有限的系統硬體資源，從而確保實時任務的時間約束得到滿足。與分時系統中的調度所追求的公平性原則不同，實時調度根據各個任務的實時需求的不同而區別對待它們。

近年來，雖然針對不同類型的實時任務提出的調度方法不斷湧現，但是隨著計算機套用的不斷深入和發展，多類型的硬實時、軟實時與非實時任務共存於同一系統中的情況越來越廣泛，從而產生了新的需求。而現有的那些針對性較強且適用範圍比較專一的調度方法不能滿足這種需求。

我們知道，傳統的專用實時系統因為需要滿足各任務的時間約束，必須對系統中所有實時套用首先作全局分析，再進行統一調度。而在運行中，其中的某個套用發生錯誤，將可能影響到其他非相關套用的實時性。這一類系統被稱為封閉式的。顯然，對於封閉式實時系統的開發，套用層的開發人員必須對系統中己有的全部應用程式進行統一的嚴格實時性驗證，隨時掌握全局信息。並且，每當有新的實時套用要加入系統時，需要重新進行全局實時性能分析和檢驗。為了使實時系統具有動態的可擴展能力，支持多類型的實時、非實時混合的複雜實時調度需求，近幾年人們提出了開放式實時系統理論。“開放”術語在不同上下文中有多種語義，這裡有其特殊的定義。

調度研究方法

目前，與開放式實時系統相關的實時調度研究提出了幾種不同的方法。

首先是基於比例共享的調度算法.這類算法雖然不是專為開放式實時系統提出的，但其核心思想可以在其中套用。其關鍵之處在於，為系統中的每個實時應用程式按一定比例分配處理機或其他共享資源（如網路頻寬）。其優點是，系統中的每個實時任務可以確保其所要求的處理機資源，而免受其他任務占用超出計畫的處理機執行時間的干擾。

GPS(generalized processor sharing)算法即是有代表性的一種。它首先將實時套用理想化為粒度可無限細分的工作流，然後每個實時任務根據需要，分配一定的處理機頻寬。

EGPS(earliest-completion-time GPS)算法將GPS的思想運用到實際系統中.它一方面繼承了GPS的按比例分配處理機頻寬的思路，另一方面不需要將實時套用理想化為粒度可無限細分的工作流，所以，可以真正地在實際系統中得到套用。所採用的方法是：先計算在GPS下，各個任務到達後的完成時間，然後再按完成時間越小越優先的順序執行系統中的全部活動任務。

但上述方法沒有考慮在同一系統中兼容多種調度算法的問題。

調度對象的模型

層次性調度對象模型

開放式實時系統的調度對象不再是單一的，而是具有明顯的層次性。下面進一步為本文定義所涉及的相關概念，並提出調度對象的層次模型。

定義1

任務是指完成某一特定功能的軟體實體，它是實時調度中的基本單位.任務在其生命期中的某一次執行稱為該任務的一個作業。

定義2

在實際中，一個完整的套用往往是一組任務的集合，我們把組成一個套用的任務的集合稱為任務組.當任務組中只有一個任務時，任務組等同於任務。因此任務組是任務概念的超集。

從套用開發者的角度來看，一個特定的實時套用的任務組有其適合的調度方法與之對應，允許系統中的各個任務組使用不同的調度器將極大地方便套用開發，並取得較好的套用效果。開放式實時調度環境的主要目的之一也是要為每個實時套用可以自由地使用其適合的調度器提供支持。為此，我們給出以下定義：

定義3

把套用開發者確定的一個任務組及其相應的調度器稱為一個任務組一調度器套用對(task-set and scheduler，簡稱TSS)。把沒有配置調度器的任務組或任務看作TSS的一種特殊情況，即認為它們有一個不做任何事的調度器。因此，TSS的概念是任務組或任務的超集。

綜上所述，開放式實時系統的調度對象可分為3個層次：任務、任務組和TSS。它們之間的關係如圖1所示：

圖1

任務類型包括硬實時或軟實時的周期任務或非周期任務以及非實時任務。從伺服器的角度來看，調度對象的範圍包括單獨的任務、任務組和TSS；從整個系統調度框架的角度來看，調度對象分別是以上3種對象的集合。若未作特殊說明，調度對象具有以下特性：

（1）各個調度對象之間互相獨立；

（2）調度對象的每個任務對共享資源的訪問方式為互斥訪問（這裡，非互斥訪問的資源不使用術語“共享資源”）；

（3）非實時套用作為具有非實時的調度器的TSS來對待。

與現有模型的分析比較

現有的開放式實時系統在調度對象模型方面都沿用了傳統的實時系統的相應方法，即僅以任務作為調度算法的處理對象，模型結構單一各方法之間的不同是，對任務類型附加了不同的限制條件。而從客觀的角度來看，開放式實時系統中的調度對象與傳統實時系統有很大的不同，特別是局部調度器的引入，使單一的以任務為對象的模型不足以進行完整描述.這裡提出的層次性調度模型從任務、任務組和TSS這3個層次進行描述，與系統的客觀情況相符，並覆蓋了目前系統中的全部調度對象類型。另外，層次性的模型也有利於進行不同層面的調度方法研究，方便了進一步的開放式實時系統的調度方法研究。

開放體系結構計算環境

開放體系結構計算環境(OACE)，指的是一組在具備開放系統體系架構的系統中使用的、統一的基於標準的計算資源。

其中，開放系統指的是按照足夠開放的接口、服務和支持格式規範實現的系統，使得適當設計的系統組分能以最小的改變在多種系統中被利用；能與本地和遠程系統的其他組分實現互操作；能以方便移植的方式實現與用戶的互動。

因此OACE的本質應該是利用一組計算機、內部和外部的網路互連設備、網路傳輸介質、操作和控制軟體、通信軟體以及接口軟體等，來提供一個分散式的高效計算環境，並且該環境至少要滿足：

（1）採用了意義明確的、廣泛使用的、開放的標準或協定；

（2）全面的接口定義便於各種套用增添新的系統功能，並且在擴充或升級時對系統的影響最小；

（3）確保分散式處理、可移植性、可量測性、可伸縮性、模組性、容錯性、共享資源管理和自動使用等。