Оценка операционных систем и систем реального времени с помощью функции желательности Харрингтона

Ключевым и важным свойством способности к развитию является продуманная модульная структура и архитектура, где выделять четыре основных группы функций, выполняемых системой.

Управление устройствами. Имеются в виду все периферийные устройства, подключаемые к компьютеру, - клавиатура, монитор, принтеры, диски, 3G/4G модемы, USB-устройства.

Управление данными. Под этим термином понимается работа с файлами.

Управление процессами. Эта сторона работы ОС связана с запуском и завершением работы программ, обработкой ошибок, обеспечением параллельной работы нескольких программ на одном компьютере.

Управление памятью. Оперативная память компьютера - это такой ресурс, которого всегда не хватает. В этих условиях разумное планирование использования памяти является важнейшим фактором эффективной работы.

Имеется еще несколько важных обязанностей, ложащихся на ОС: Организация интерфейса с пользователем. Формы интерфейса могут быть разнообразными, в зависимости от типа и назначения ОС: язык управления пакетами заданий, набор диалоговых команд, средства графического интерфейса.

Защита данных. Как только система перестает быть достоянием одного изолированного от внешнего мира пользователя, вопросы защиты данных от несанкционированного доступа приобретают первостепенную важность. ОС, обеспечивающая работу в сети или в системе разделения времени, должна соответствовать имеющимся стандартам безопасности.

Ведение статистики. В ходе работы ОС должна собираться, храниться и анализироваться разнообразная информация: о количестве времени, затраченном различными программами и пользователями, об интенсивности использования ресурсов, о попытках некорректных действий пользователей, о сбоях оборудования и т.п. Собранная информация хранится в системных журналах и в учетных записях пользователей. (7 значений оценки)

7. Поддержка: возможность обновлений и редакций

У каждого продукта есть жизненный цикл. Он начинается при выпуске продукта и заканчивается, когда его поддержка или продажи прекращаются. Знание основных дат жизненного цикла помогает в принятии обоснованных решений, когда стоит перейти на более новую версию или внести другие изменения в используемые программы.

Окончание поддержки -- это дата, когда корпорация перестает выпускать автоматические исправления, обновления или оказывать техническую поддержку в Интернете. В этот период следует убедиться, что у вас установлен последний доступный пакет обновления. Без поддержки корпорации вы больше не будете получать обновления для системы безопасности, помогающие защитить компьютер от опасных вирусов, программ-шпионов и другого вредоносного программного обеспечения, которое может навредить персональным данным.

Поддержка осуществляется с помощью:

1. Объявлений и сообщений о выходе новых компонент или утилит;

2. Автоматически загружаемый доступный пакет обновления, при каждом запуске системы.

3. Уведомления на сайте или с помощью электронной почты.

8. Сопровождение (литература, помощь, обратная связь)

Книги и учебно-методические пособия.

Лекции и навигация для использования функций

Обратная связь с помощью support'ов

Сайты поддержки и форумы.

9. Приоритетная многозадачность

Многозадачность, multitasking -- свойство операционной системы или среды программирования, обеспечивать возможность параллельной (или псевдопараллельной) обработки нескольких процессов. Истинная многозадачность операционной системы возможна только в распределенных вычислительных системах.

Примитивные многозадачные среды обеспечивают чистое “разделение ресурсов”, когда за каждой задачей закрепляется определённый участок памяти, и задача активизируется в строго определённые интервалы времени.

Более развитые многозадачные системы проводят распределение ресурсов динамически, когда задача стартует в памяти или покидает память в зависимости от её приоритета и от стратегии системы. Такая многозадачная среда обладает следующими особенностями:

· Каждая задача имеет свой приоритет, в соответствии с которым получает время и память

· Система организует очереди задач так, чтобы все задачи получили ресурсы, в зависимости от приоритетов и стратегии системы

· Cистема организует обработку прерываний, по которым задачи могут активироваться, деактивироваться и удаляться

· По окончании положенного кванта времени задача может временно выбрасываться из памяти, отдавая ресурсы другим задачам, а потом через определённое системой время, восстанавливаться в памяти (свопинг)

· Система обеспечивает защиту памяти от несанкционированного вмешательства других задач

· Система распознаёт сбои и зависания отдельных задач и прекращает их

· Система решает конфликты доступа к ресурсам и устройствам, не допуская тупиковых ситуаций общего зависания от ожидания заблокированных ресурсов

· Система гарантирует каждой задаче, что рано или поздно она будет активирована

· Система обрабатывает запросы реального времени

· Система обеспечивает коммуникацию между процессами

Типы псевдопараллельной многозадачности

1. Невытесняющая многозадачность

Тип многозадачности, при котором операционная система одновременно загружает в память два или более приложений, но процессорное время предоставляется только основному приложению. Для выполнения фонового приложения оно должно быть активизировано.

2. Cовместная или кооперативная многозадачность

Тип многозадачности, при котором фоновые задачи выполняются только во время простоя основного процесса и только в том случае, если на это получено разрешение основного процесса.

Кооперативную многозадачность можно назвать многозадачностью “второй ступени” поскольку она использует более передовые методы, чем простое переключение задач, реализованное многими известными программами (например, МS-DOS shell из МS-DOS 5.0 при простом переключении активная программа получает все процессорное время, а фоновые приложения полностью замораживаются. При кооперативной многозадачности приложение может захватить фактически столько процессорного времени, сколько оно считает нужным. Все приложения делят процессорное время, периодически передавая управление следующей задаче.

3. Вытесняющая или приоритетная многозадачность (режим реального времени)

Вид многозадачности, в котором операционная система сама передает управление от одной выполняемой программы другой. Распределение процессорного времени осуществляется планировщиком процессов. Этот вид многозадачности обеспечивает более быстрый отклик на действия пользователя.

Вытесняющая многозадачность -- это вид многозадачности при котором планирование процессов основывается на абсолютных приоритетах. Процесс с меньшим приоритетом (например пользовательская программа) может быть вытеснен при его выполнении более приоритетным процессом (например системной или диагностической программой). Иногда этот вид многозадачности называют приоритетным.

Каждая работающая программа имеет свое защищенное адресное пространство. Многопоточное (англ. multithread) выполнение отдельных задач позволяет при задержке в выполнении одного потока не останавливать задачу полностью, а работать со следующим потоком.

Вытесняющая или приоритетная многозадачность (режим реального времени)

Вид многозадачности, в котором операционная система сама передает управление от одной выполняемой программы другой в случае завершения операций ввода-вывода, возникновения событий в аппаратуре компьютера, истечения таймеров и квантов времени, или же поступлений тех или иных сигналов от одной программы к другой. В этом виде многозадачности процессор может быть переключен с исполнения одной программы на исполнение другой без всякого пожелания первой программы и буквально между любыми двумя инструкциями в её коде. Распределение процессорного времени осуществляется планировщиком процессов. К тому же каждой задаче может быть назначен пользователем или самой операционной системой определенный приоритет, что обеспечивает гибкое управление распределением процессорного времени между задачами (например, можно снизить приоритет ресурсоёмкой программе, снизив тем самым скорость её работы, но повысив производительность фоновых процессов). Этот вид многозадачности обеспечивает более быстрый отклик на действия пользователя.

Преимущества: возможность полной реализации многозадачного ввода-вывода в ядре ОС, когда ожидание завершения ввода-вывода одной программой позволяет процессору тем временем исполнять другую программу. Сильное повышение надежности системы в целом, в сочетании с использованием защиты памяти -- идеал в виде «ни одна программа пользовательского режима не может нарушить работу ОС в целом» становится достижимым хотя бы теоретически, вне вытесняющей многозадачности он не достижим даже в теории. Возможность полного использования многопроцессорных и многоядерных систем.

Недостатки: необходимость особой дисциплины при написании кода, особые требования к его реентрантности, к защите всех разделяемых и глобальных данных объектами типа критических секций и mutex'ов.

Реализована в таких ОС, как:VMS; Linux; в пользовательском режиме (а часто и в режиме ядра) всех UNIX-подобных ОС, включая версии Mac OS X, iPod OS и iPhone OS; в режиме ядра ОС Windows 3.x -- только при исполнении на процессоре 386 или старше, «задачами» являются только все Windows-приложения вместе взятые и каждая отдельная виртуальная машина ДОС, между приложениями Windows вытесняющая многозадачность не использовалась; Windows 95/98/ME -- без полноценной защиты памяти, что служило причиной крайне низкой, на одном уровне с MS-DOS, Windows 3.x и Mac OS версий до X -- надежности этих ОС; Windows NT/2000/XP/Vista/7 и в режиме ядра, и в пользовательском режиме.; AmigaOS -- все версии, до версии 4.0 без полноценной защиты памяти, что на практике для системных программ почти не сказывалось на надёжности из-за высокой стандартизированности, прозрачных API и SDK. Программы ориентированные на «железо» Амиги, наоборот не отличались надёжностью

Процессы, потоки выполнения. Многозадачная (multi-process) система позволяет двум или более программам выполняться одновременно. Многопотоковая (multi-threaded) система позволяет одной программе выполнять сразу несколько потоков одновременно. Современные операционные системы сочетают в себе оба эти свойства.

Процесс -- это понятие, относящееся к операционной системе. Каждый раз, как вы запускаете приложение, система создает и запускает новый процесс. С каждым процессом система связывает такие ресурсы, как:

· виртуальное адресное пространство;

· исполнимый код и данные;

· базовый приоритет;

· описатели объектов;

· переменные окружения.

Поток (thread) -- это основной элемент системы, которому ОС выделяет машинное время. Поток может выполнять какую-то часть общего кода процесса, в том числе и ту часть, которая в это время уже выполняется другим потоком.

· Поток (thread) определяет последовательность исполнения кода в процессе.

· Процесс ничего не исполняет, он просто служит контейнером потоков.

· Потоки всегда создаются в контексте какого-либо процесса, и вся их жизнь проходит только в его границах.

· Потоки могут исполнять один и тот же код и манипулировать одними и теми же данными, а также совместно использовать описатели объектов ядра, поскольку таблица описателей создается не в отдельных потоках, а в процессах.

· Так как потоки расходуют существенно меньше ресурсов, чем процессы, старайтесь решать свои задачи за счет использования дополнительных потоков и избегайте создания новых процессов(но подходите к этому с умом).

Тип оценки 1 и 0: 1 - поддерживается приоритетная многозадачность, 0 - не поддерживается.

10. Параллельная обработка данных

Параллельная обработка. Parallel processing

Параллельная обработка - модель выполнения прикладного процесса одновременно группой процессоров. Различают три способа реализация параллелизма:

-1- способ SIMD работы с одним потоком команд и несколькими потоками данных, при котором все процессоры, работающие по одной программе, обрабатывают собственные массивы данных под управлением ведущего процессора;

-2- способ MIMD работы с несколькими потоками команд и несколькими потоками данных, при котором процессоры работают по своим программам независимо друг от друга, лишь эпизодически связываясь друг с другом;

-3- способ MISD работы с несколькими потоками команд и одним потоком данных.

11. Набор функций для обработки информации

Функции обработки информации (вычислительные функции) - осуществляют учет, контроль, хранение, поиск, отображение, тиражирование, преобразование формы информации;

Функции обмена (передачи) информации - связаны с доведением выработанных управляющих воздействий до ОУ и обменом информацией с ЛПР;

Группа функций принятия решения (преобразование содержания информации) - создание новой информации в ходе анализа, прогнозирования или оперативного управления объектом.

Для оценки ОС и ОСРВ были выбраны следующие функции обработки информации:

Видео

Аудио

Навигация

Ориентация на открытой местности

Кинематика

Манипуляция

Восприятие

Целевое исполнительное

Свои библиотеки

Обработка данных: Математические-логические задачи

Речь

Искусственный интеллект

Обучение

12. Устойчивость

В связи с возможностью генерации в системах с ОС важное значение приобретает вопрос об устойчивости системы, например, усилителя.

Устойчивость системы - свойство стремиться к положению равновесия при малом толчке. Толчок - внешнее или внутреннее кратковременное воздействие на цепь (систему).

Очевидно, что неустойчивыми могут быть цепи с ПОС.

Типы устойчивости:

1. Устойчивость к взлому

2. Устойчивость к вирусным действиям

3. Устойчивость к сбоям

4. Устойчивость к системным сбоям и ошибкам

5. Экономическая устойчивость

13. Совместимость

Несколько операционных систем и совместимость файловых систем

Наличие на компьютере нескольких операционных систем накладывает дополнительные условия на выбор файловой системы. Имеется возможность выбора между файловыми системами NTFS, FAT и FAT32. (Дополнительные сведения см. в разделе Выбор файловой системы для установочного раздела.)

Обычно рекомендуется использовать файловую систему NTFS, так как она более надежна и эффективна и позволяет обеспечить поддержку ряда важных средств, включая каталог Active Directory и средства безопасности на основе доменов. Однако при этом необходимо принять во внимание вопросы совместимости файловых систем для компьютеров с несколькими операционными системами, так как версия файловой системы NTFS для Windows 2000 Server и продуктов семейства Windows Server 2003 обладает дополнительными возможностями по сравнению с версией этой файловой системы для Windows NT. Файлы, использующие какие-либо новые средства, будут полностью доступны для работы или просмотра только при запуске Windows 2000 или системы семейства Windows Server 2003.

Например, просмотр файла, использующего новое средство шифрования, будет невозможен в системах Windows NT Server 4.0 и Windows NT 4.0 Server Enterprise Edition, выпущенных раньше, чем появилось это средство.

Будет определяться параметром совместимы - 1, не совместимы - 0.

14. Масштабируемость.

Масштабируемость - это возможность увеличить вычислительную мощность компьютерной системы (в частности, их способности выполнять больше операций или транзакций за определенный период времени) за счет установки большего числа процессоров или их замены на более мощные.

Бизнес начинается с конкретного набора требований к информационной системе. Однако с ростом компании растет важность вопроса о масштабируемости ее компьютерных систем.

Масштабируемость - вещь хорошая, поскольку означает, что вам не придется начинать с нуля и создавать абсолютно новую информационную систему с новым программным и аппаратным обеспечением. Если у вас есть масштабируемая система, то, скорее всего, вам удастся сохранить то же самое программное обеспечение, попросту нарастив аппаратную часть системы. В самой этой идее нет ничего нового, однако современные реалии, в частности, распространение электронной коммерции, изменили практику реализации - и отношение к ней - масштабируемых компьютерных систем.

Оценивание данного параметра будет производиться иначе, как 0 - нет возможности масштабируемости, 1 - есть возможность; здесь предполагается ввести для каждой из систем 2 значения - 1 это система готовая для установки, величина это объем измеряемый в Мб, и 2 значение это объем, после установки с необходимыми программами и утилитами для запуска PC Wizard - для Ubuntu и Linux.

15. Возможность установки на иное оборудование

1. Платформы на базе Intel

2. Платформы на базе ARM

3. Виртуальные машины

1.2 Выбор исследуемых ОС и ОСРВ и аппаратной платформы

Для оценки были взяты 6 32-х разрядных операционных систем:

Таблица 2

	Производитель	Название и тип ОС
1	Microsoft	Windows 2000
2	Microsoft	Windows XP
3	Microsoft	Windows 7
4	Canonical Ltd.	Ubuntu 13.10 "Saucy Salamander»
5	Linux Mint Team	Linux Mint Maya
6	Барри Каулер	Puppy Linux 5.4

Аппаратные платформы. Поочередно установлены на одинаковые аппаратные платформы. С одинаково настроенными характеристиками:

Bios Ver TYG4110H.86.A 0031.2009.0626-1405

Processor Intel (R)Core(TM)2DuoCPU

E8400@3.00 Hz

Intel@ArhitechireCapable

Core Multiplexing Tehnology - включены

Processor Speed - 3.00GHz

System Bus Speed - 1333MHz

System Memory Speed 800 MHz

L2 Cashe RAM 6144 Kb

Total Memory 2048 Mb (DDR2)

Memory Mode Dual Channel

Винчестер MAXTOR STM 3160813A5 - 160 Гб

Файловая система NTFS

Все данные полученные в ходе практической работы для удобства представления мы сводим в единую таблицу, Где отмечаем, в соответствии с документацией и произведенным тестированием данные о ОС и ОСРВ.

мультипроцессирование кластеризация сетевой харрингтон

Таблица 3. Сводная таблица подсчета параметров ОС и ОСРВ

	Производитель	Параметры оценивания ОС	Поддержка многопроцессорности	Кластеризация	Модульность	Производительность Индекс в марках	Сетевые средства	Способность к развитию	Поддержка: возможность обновлений и редакций	Сопровождение (литература, помощь, обратная связь)	Приоритетная многозадачность	Параллельная обработка данных	Набор функций для обработки информации	Устойчивость	Совместимость	Масштабируемость.	Возможность установки на иное оборудование
		Название и тип ОС
1	Microsoft	Windows 2000														2024 МБ-2 Гб
			0	6	3	19005	14	4	1	2	0	2	8	2	0	321 Мб	2
2	Microsoft	Windows XP														7680 МБ 7,5 Гб
			1	8	4	28985	18	6	3	4	1	3	12	3	1	679 Мб	2
3	Microsoft	Windows 7														14336 МБ 14 Гб
			1	10	5	17825	21	7	3	4	1	3	12	5	1	4813 МБ 4,7 Гб	2
4	Canonical Ltd.	Ubuntu 13.10 "Saucy Salamander»														5120 МБ 5 Гб
			1	11	5	23775	20	7	2	3	1	3	9	4	1	895 Мб	2
5	Linux Mint Team	Linux Mint Maya														5120 МБ 5 Гб
			1	11	5	23990	20	6	2	3	1	2	8	3	1	898 Мб	2
6	Барри Каулер	Puppy Linux 5.4														2024 МБ 2 Гб
			2	11	5	25005	21	7	3	3	1	2	9	4	1	170 Мб	2

Таблица 4. Таблица пересчета параметров для функции Харрингтона

	Производитель	Параметры оценивания ОС	Поддержка многопроцессорности	Кластеризация	Модульность	Производительность Индекс в марках	Сетевые средства	Способность к развитию	Поддержка: возможность обновлений и редакций	Сопровождение (литература, помощь, обратная связь)	Приоритетная многозадачность	Параллельная обработка данных	Набор функций для обработки информации	Устойчивость	Совместимость	Масштабируемость.	Возможность установки на иное оборудование
		Название и тип ОС
1	Microsoft	Windows 2000														5
			-2	1,7	2,1	-0,2	2,5	2	0,2	1,3	-2	2,7	2,1	1,7	-2	4,7	2,7
2	Microsoft	Windows XP														1,4
			5	2,8	3,5	5	3,8	4	5	5	5	5	4,3	2,1	5	3,2	2,7
3	Microsoft	Windows 7														-2
			5	4	5	-2	4,5	5	5	5	5	5	4,3	5	5	-2	2,7
4	Canonical Ltd.	Ubuntu 13.10 "Saucy Salamander»														2,8
			5	4,5	5	1,8	4,2	5	2,6	2,5	5	5	2,7	3,5	5	3,7	2,7
5	Linux Mint Team	Linux Mint Maya														2,8
			5	4,5	5	1,8	4,2	4	2,6	2,5	5	2,7	2,1	2,1	5	3,7	2,7
6	Барри Каулер	Puppy Linux 5.4														5
			5	4,5	5	2,1	4,5	5	5	2,5	5	2,7	2,7	3,5	5	5	2,7

1.2. Заключение

В ходе прохождения производственной практики мною были получены конкретные характеристики для ОС и ОСРВ.

На занятиях была изучена методика пересчета и подготовки набора параметров для метода подсчета общей оценки с помощью функции Харрингтона в ходе проведения практических занятий, закреплены практические знания в области математики и информационных технологий, систематизированы методики проведения лабораторных работ разного типа, а также применение полученных знаний на практике.

Данный вид практики очень помог в повышении профессиональной компетенции в соответствии с современными требованиями и стандартами.

Удалось повысить свой общекультурный и профессиональный уровень, развить навыки самостоятельности, самообразования и самосовершенствования в осуществлении производственной деятельности.

Обобщенная оценка ОС и ОСРВ с помощью функции желательности Харрингтона:

Таблица 5

Производитель	Название и тип ОС	Оценка ОС и ОСРВ
Microsoft	Windows 2000	1,203
Microsoft	Windows XP	2.324
Microsoft	Windows 7	3,376
Canonical Ltd.	Ubuntu 13.10 "Saucy Salamander»	2,200
Linux Mint Team	Linux Mint Maya	1.947
Барри Каулер	Puppy Linux 5.4	2.264

Список используемой литературы

1. Вигерс Карл. Разработка требований к программному обеспечению /Пер. с англ.- М.: Издательско-торговый дом «Русская редакция», 2004. - 576 с.: ил.

2. Иванова Г.С. Технология программирования: Учебник для вузов.-М.:Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 320 с.:ил. (Сер. Информатика в техническом университете.).

3. Свердлов С.З. Язвки программирования и методы трансляции. Уч.пособие. СПб.: ПИТЕР, 2007.

4. Колташев А.А. Технология разработки программного обеспечения: определение требований и архитектурное проектирование: Методические указания по курсовой работе. Красноярск: ИЦП КГТУ, 2004. 48 с.

5. Колташев А.А., Барков А.В. Технология разработки программного обеспечения: обзор фазовой и сквозной деятельности: Методические указания. Красноярск: ИЦП СФУ, 2010. 32 с.

6. Лейбович А.Н. Структура и содержание государственного стандарта профессионального образования. - М., 2006. - 228 с.

7. Лернер, Н.Я. Дидактические основы методов обучения / Н.Я. Лернер. - М., 1981. - 127 с.

8. Леффиигуэлл, Дин, Уидриг, Дон. Принципы работы с требованиями к программному обеспечению. Унифицированный подход.: Пер. с англ. - М.: Издательский лом «Вильямс», 2002. -448с.:ил. - Парал. тит. англ.

9. Мацяшек, Лешек, А. Анализ требований и проектирование систем. Разработка информационных систем с использованием UML.: Пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2002 - 432 с.: ил. - Парал. тит. англ.

10. Палат Е.С. Современные информационные технологии в образовании. М.: Академия. 2000.

11. Попков В.А., Коржуев А.В. Дидактика высшей школы: учеб. пособие. - М.: Академический Проект, 2001.

12. Принципы проектирования и разработки программного обеспечения. Учебный курс MCSD/Пер. с англ. - 2-е. изд., испр. - М.: Издательско-торговый дом «Русская редакция», 2002. - 736 стр.: ил.

13. Тамре Л. Введение в тестирование программного обеспечения.: Пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2003 - 368 с.: ил. - Парал. тит. англ.

14. Технологии разработки программного обеспечения: Учебник/ С. Орлов. -- СПб.: Питер, 2002. -- 464 с.: ил.

15. Роберт Лав Разработка ядра Linux = Linux Kernel Development. -- 2-е изд. -- М.: «Вильямс», 2006. -- С. 448. -- ISBN 0-672-32720-1

16. Интервью с Эндрю Таненбаумом 2007-01-26

17. С. Золотарев. Операционные системы реального времени для 32-разрядных микропроцессоров (Москва)

18. Блискавицкий А.А., Кабаев С.В. Операционные системы реального времени // Мир компьютерной автоматизации, № 1, 1995.

19. Пичкалев А.В. Применение кривой желательности Харрингтона для сравнительного анализа операционных систем // Информатика и системы управления. Сборник научных трудов. Выпуск 3. Красноярск: КГТУ, 1998. С. 259-265.

20. Пичкалев А.В. Обобщенная функция желательности Харрингтона для сравнительного анализа технических средств, Исследования наукограда, № 1, 2012. С. 25-28. Е. Горошко. Операционные системы реального времени.

Размещено на Allbest.ru

...