Русскоязычные документыДанный документ в формате DOCГлоссарий
    Иерархия :: "КУРС-АС1" (Home) / AdapSys_RT / CAPER / OS_RTRU

Концепция операционной системы
OS-RTRU

Основополагающие принципы операционной системы OS-RTRU базируются на понимании того, что такая ОС должна:

  1. обеспечивать решение сложных и очень сложных задач и функционирование больших и очень больших программно-технических комплексов и вычислительных установок;
  2. быть эффективной как для систем коллективного пользования, так и для автономных рабочих мест;
  3. обеспечивать устойчивое функционирование вычислительной среды даже при технических неполадках и сбоях;
  4. обеспечивать весь известный на сегодня спектр режимов и методов исполнения прикладных программ;
  5. максимально не зависеть от архитектурной и технической базы вычислительных установок (переносимость);
  6. быть легко адаптируемой (конфигурируемой и реконфигурируемой) к конкретным требованиям решаемых задач;
  7. быть простой и эффективной в эксплуатации и сопровождении;
  8. иметь концептуальную перспективу, преемственность в развитии.

Кроме перечисленных положений считаем необходимым, чтобы OS-RTRU обладала собственной средой разработки программных комплексов: языками программирования и сопутствующими инструментальными средствами. Предполагается также, что наличие собственной операционной системы повлечет необходимость создания собственных СУБД и иных прикладных сред.

Презентация в PDF формате Операционная Система OS-RTRU. Концепт. на базе языка CAPER.

Об обеспечении решений сложных и очень сложных задач и
функционировании больших и очень больших программно-технических комплексов и вычислительных установок.

OS-RTRU изначально определяется как операционная система многомашинного и многопроцессорного решения задач. Одно машинный режим рассматривается как частный случай применения ОС.

Много машинные ассоциации определяются как неоднородные, с вычислительными установками различной архитектуры и технической периферии, с различным прикладным программным обеспечением, с разнообразными средствами коммуникации.

OS-RTRU обеспечивает распределение решаемых задач и информации как сетевыми средствами, так и средствами прямых соединений вычислительных установок.

В одномашинном варианте работы OS-RTRU предполагается как мультизадачный, так и однозадачный режимы функционирования.

Эффективность для систем коллективного пользования и автономных рабочих мест.

Предлагаемая операционная система должна быть прозрачна в смысле архитектурного и технического окружения и обеспечивать единообразное поведение пользователей и функционирование программных приложений как в среде коллективного пользования, так и на отдельно взятом рабочем месте.

Устойчивость функционирования вычислительной среды при технических неполадках и сбоях.

Операционная система OS-RTRU должна обеспечивать по возможности максимальную устойчивость при всевозможных технических сбоях и программных ошибках. Защита от технических неполадок должна быть обеспечена независимой программной диагностикой и средствами поддержания дублирующих вычислительных установок и взаимодействия с ними.

Обеспечение спектра режимов и методов исполнения прикладных программ.

В перечень режимов исполнения программ входят:

  1. режим подчиненной ОС: задачи OS-RTRU сводятся к загрузке прикладной программы и поддержанию ее функциональными модулями доступа к тем или иным ресурсам вычислительной установки; управляющие функции ОС отсутствуют или же интегрированы в прикладную программу (т.е. все предоставляемые функции, утилиты и рутины ОС подчинены прикладной программе без каких-либо попыток регулирования исполнения прикладной программы);
  2. режим однозадачной операционной системы: упрощенный вариант управления вычислительной средой, когда функционирует одна задача и исключены проблемы конкуренции за ресурсы; в этом случае OS-RTRU обеспечивает доступ к ресурсам вычислительной установки и контролирует их использование; минимизация потерь на управляющих действиях;
  3. режим многозадачной операционной системы - обеспечивается полномасштабная мультизадачность с квантованием времени и с возможностями синхронного и асинхронного параллелизма;
  4. режим распределенного решения задач: обеспечиваются функции распределения модулей прикладных задач в многомашинном комплексе – инициация задачи для конкретной ЭВМ или группы ЭВМ, транспортировка данных и самих модулей программ к исполняющим ЭВМ и группам ЭВМ, контроль исполнения инициированных задач, доставка и компоновка результатов;
  5. режим многопроцессорного исполнения: обеспечивается планирование, распределения и диспетчеризация задачи (задач) на многопроцессорной вычислительной установке; в том числе система обеспечивается утилитарными функциями для предварительного распараллеливания и планирования вычислительных процессов.

Архитектурные особенности операционной системы OS-RTRU

Ядро операционной системы OS-RTRU


Ядро системы осуществляет координацию и функции управления ключевыми блоками:

1. Управления процессами.

2. Управления внутренними.

ресурсами.

3. Управления коммуникациями.

4. Управления событиями.

5. Управления устройствами.


Операционная Cистема Реального Времени OS-RTRU

Блок управления процессами осуществляет множество схем запуска и форм управления параллельными процессами.

Блок управления внутренними ресурсами осуществляет функции представления физических ресурсов вычислительного комплекса и их архитектурных свойств: памяти, резидентных программ , консолей и др.

Блок управления коммуникациями осуществляет управление взаимодействием между реальными архитектурными элементами (устройствами).

Блок управления событиями обеспечивает интеграцию всех локальных и удаленных аппаратных прерываний и прочих событий, возникающих в вычислительном комплексе.

Блок управления устройствами предназначен для управления всему физическими устройствами вычислительного комплекса.

Генератор виртуальных моделей вычислительных сред предназначен для создания виртуальных вычислительных оболочек, в среде которых реализуются вычислительные задачи, на основе дескрипторов.

Множество виртуальных вычислительных сред образовано из созданных генератором виртуальных сред оболочек. Вычислительные приложения исполняются в избираемых или создаваемых генератором вычислительных средах.

Компиляция и исполнение программ в OS-RTRU

Комплекс виртуальных машин Caper обеспечивает выполнение созданных компилятором Caper объектных модулей. Объектные модули Caper имеют специальную структуру и содержат, в частности, числовой код псевдоассемблера Caper.

Интегратор событий является компонентой, осуществляющей интеграцию событий системы и программ.


Компиляция и исполнение программ в OS-RTRU

Компилятор времени исполнения программ предназначен для компиляции исходных кодов программ на Caper в процессе выполнения вычислений. Компиляция осуществляется вызовом функции компилятора времени исполнения из уже выполняемой программы на Caper.

Управление загрузкой/выгрузкой программных модулей реализует различные функции загрузки и выгрузки объектных модулей Caper.

Модуль исходного кода на Caper подается на вход компилятора, который создает объектный модуль (псевдоассемблер Caper). Объектный модуль может быть сохранен в файловой системе и/или передан на вход супервизору виртуальных машин для немедленного исполнения.

Модуль объектного кода Caper загружается загрузчиком объектных кодов. Объектный модуль передается на вход супервизору виртуальных машин для немедленного исполнения.

Исполнимый файл состоит из исполняющей среды Caper и объектного модуля. Исполнимый файл загружается обычным загрузчиком операционной системы. После загрузки загрузчиком ОС управление передается исполняющей среде Caper, которая, в свою очередь, осуществляет исполнение объектного модуля Caper, входящего в состав исполнимого файла.

Распределение просессов по аппаратным устройствам в OS-RTRU

Все инструкции старта параллельных процедур в CAPER-е могут сопровождаться специальными фрагментами с указаниями устройств и вычислителей, которые должны реализовать выполнение процедур запускаемой группы.


Распределение просессов по аппаратным устройствам в OS-RTRU

Представлена структура, содержащая все необходимые компоненты запуска процедуры: указание на запускаемую процедуру, место для возвращаемого процедурой значения, указание устройства/вычислителя, на котором должна быть исполнена процедура, квант времени для параллельных запусков с квантованием времени, места для значений параметров запускаемой процедуры.

Массивы структур-дескрипторов создаются и заполняются программными средствами Caper.

Параллельный синхронный или асинхронный старт параллельных процедур по массивам дескрипторов.

Caper обладает двумя формами старта параллельных процессов: синхронной, с ожиданием завершения запущенных процессов, и асинхронной, без ожидания, с продолжением выполнения вызывающей процедуры.


Параллельный старт с ожиданием и без него.


Параллельный старт групповой или массовый

Архитектурная переносимость операционной системы.

Внутренняя организация OS-RTRU должна обеспечивать ее эффективный перевод и размещение на ЭВМ разных архитектур, способов функционирования и эксплуатации.

В этой связи OS-RTRU имеет многослойную (многоплоскостнуюю) организацию, где плоскость решений первого, самого низкого уровня обеспечивает физическое внедрение ОС на вычислительной установке конкретной архитектуры, в то время как плоскости более высокого уровня обеспечивают логические принципы и функциональные возможности данной ОС.

При таком построении перевод ОС с одной архитектуры на другую сводится к перестройке только одной плоскости решений.

Адаптируемость (конфигурируемость и реконфигурируемость) к конкретным требованиям решаемых задач.

OS-RTRU построена как открытая адаптивная система с возможностями изменения (удаления, добавления и замены) собственных функциональных компонент, схем поведения и функционирования.

Все изменения осуществляются с плоскости самого высокого уровня и распространяются сверху вниз на низлежащие плоскости.

Все изменения на плоскостях решений затрагивают только те компоненты, которые иерархически зависят от начальной компоненты самого верхнего уровня или обеспечивают ее решение.

Элементы каждой плоскости могут добавляться, удаляться, заменяться группироваться в качестве обобщающего элемента той же плоскости и др. Кроме того, в необходимых случаях могут быть заменены или изъяты сами плоскости решений.

Простота и эффективность в эксплуатации и сопровождении.

OS-RTRU обеспечивается средой управления операционной системой, техническим оснащением вычислительного комплекса, прикладными процессами.

Среда управления строго разделена на средства внутрисистемных реорганизаций и средства текущего функционирования. Доступ к средствам обоих видов строго регламентирован.

На схеме – один из вариантов плоскостной структуры ОС.

Концептуальная перспектива и преемственность в развитии.

OS-RTRU является многовариантной операционной системой, с многоэтапными разработкой и внедрением.

OS-RTRU основывается на концепции КАРСВАК и принципах и решениях языка CAPER, которые предполагают разнообразные модификации методов и моделей организации вычислений в рамках единого подхода.

В OS-RTRU сохраняются принципы совместимости версий ОС, стандартизируются способы взаимодействия с операционной системой и всеми компонентами вычислительной среды (в контексте плоскостной модели построения ОС речь идет о стандартах взаимодействия с плоскостями).

Наличие языка (языков) программирования, реализованных на единой концептуальной основе с OS-RTRU, позволит резко повысить эффективность программирования и исполнения прикладных программных комплексов в среде ОС.

Кроме того, создание собственного направления в развитии операционных систем и сред безусловно повлечет создание и развитие всего комплекса сопутствующих и тесно связанных с ОС направлений СУБД, телекоммуникаций и др.

В этой связи и в силу невозможности одновременного создания и развития всех сопутствующих направлений OS-RTRU должна включать в себя средства подключения и исполнения имеющихся готовых систем.

Такими средствами являются различные эмуляторы или утилитарные компоненты OS-RTRU.

Разработка OS-RTRU предполагает поэтапные решения, согласующиеся с перечнем 1-5 режимов OS-RTRU пункта 4 данного текста.

  1. Вартанов С.Р. О языке программирования КАРСВАК. Деп. в АрмНИИНТИ, регистрационный номер 4-Арr88, Ереван, 1988, 34 с.
  2. Вартанов С.Р. Язык и методы программирования в задачах обработки изображений. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Ереван, 1989 г., 17 с.
  3. Вартанов С.Р. Язык программирования CAPER. Препринт 97-5, Киев, Национальная академия наук Украины, институт кибернетики им. В.М. Глушкова, 1997 г., 28 с.