Мультипрограммирование в системах реального времени

Еще одна разновидность мультипрограммирования используется в системах ре­ального времени, предназначенных для управления от компьютера различными техническими объектами (например, станком, спутником, научной эксперименталь­ной установкой и т. д.) или технологическими процессами (например, гальваниче­ской линией, доменным процессом и т. п.). Во всех этих случаях существует пре­дельно допустимое время, в течение которого должна быть выполнена та или иная управляющая объектом программа. В противном случае может произойти авария: спутник выйдет из зоны видимости, экспериментальные данные, поступающие с дат­чиков, будут потеряны, толщина гальванического покрытия не будет соответство­вать норме. Таким образом, критерием эффективности здесь является способность выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата (управляющего воздействия). Это время называется време­нем реакции системы, а соответствующее свойство системы — реактивностью. Требо­вания ко времени реакции зависят от специфики управляемого процесса. Кон­троллер робота может требовать от встроенного компьютера ответ в течение менее 1 мс, в то время как при моделировании полета может быть приемлем от­вет в 40 мс.

В системах реального времени мультипрограммная смесь представляет собой фик­сированный набор заранее разработанных программ, а выбор программы на выпол­нение осуществляется по прерываниям (исходя из текущего состояния объекта) или в соответствии с расписанием плановых работ.

Способность аппаратуры компьютера и ОС к быстрому ответу зависит в основном от скорости переключения с одной задачи на другую и, в частности, от скорости обработки сигналов прерывания. Если при возникновении прерывания про­цессор должен опросить сотни потенциальных источников прерывания, то реак­ция системы будет слишком медленной. Время обработки прерывания в системах реального времени часто определяет требования к классу процессора даже при небольшой его загрузке.

В системах реального времени не стремятся максимально загружать все устройства, наоборот, при проектировании программного управляющего комплекса обычно за­кладывается некоторый «запас» вычислительной мощности на случай пиковой на­грузки. Статистические аргументы о низкой вероятности возникновения пиковой нагрузки, основанные на том, что вероятность одновременного возникновения большого количества независимых событий очень мала, не применимы ко мно­гим ситуациям в системах управления. Например, в системе управления атомной электростанцией в случае возникновения крупной аварии атомного реактора многие аварийные датчики сработают одновременно и создадут коррелирован­ную нагрузку. Если система реального времени не спроектирована для поддерж­ки пиковой нагрузки, то может случиться так, что система не справится с рабо­той именно тогда, когда она нужна в наибольшей степени.