分時操作系統和實時操作系統


分時操作系統:

分時操作系統將系統處理機時間與內存空間按一定的時間間隔(划分時間片),采用輪轉運行方式輪流地切換給各終端用戶的程序使用(例如規定每個作業每次只能運行一個時間片)。由於時間間隔很短,每個用戶就感覺像獨占全機一樣,這樣就解決了主機共享問題。而對於人機交互,為實現用戶鍵入命令后能對自己的作業及其運行及時控制或修改,各個用戶的作業都必須留在內存中(作業在磁盤上是不能運行的),用時間片進行切換管理。分時操作系統的特點是可有效增加資源的使用率,支持人機交互與資源共享。例如UNIX系統就采用了剝奪式動態優先的CPU調度以支持分時操作。

簡而言之,分時操作系統的核心原理在於將作業直接放入內存,並引入了時間片的概念,采用輪轉運行的方式,規定每個作業每次只能運行一個時間片,然后就暫停該作業並立即調度下一個作業運行。在不長的時間內使所有的作業都執行一個時間片的時間,便可以使每個用戶都能及時地與自己的作業進行交互,從而使用戶的請求得到及時響應。這樣就解決了在分時系統中最重要的及時接收、及時處理問題。

 

特征
與其前輩批處理系統相比,分時系統有如下幾個特點:

·多路性:系統允許將多台終端同時連接到一台主機上,並按分時原則為每個終端分配系統資源,提高資源利用率,降低使用費用。

·獨立性:各終端之間相互獨立,互不干擾,每個用戶都感覺像一人獨占主機一樣。

·及時性:用戶的請求能在很短的時間內就得到響應。

·交互性:用戶可通過終端與系統進行人機對話,例如請求多方面的服務。

實時操作系統:

在某些領域(如軍事、工業、多媒體等)要求系統能夠實時響應並安全可靠,實時操作系統在這樣的需求下誕生。因此實時操作系統是指是指當外界事件或數據產生時,能夠接受並以足夠快的速度予以處理,其處理的結果又能在規定的時間之內來控制生產過程或對處理系統做出快速響應,調度一切可利用的資源完成實時任務,並控制所有實時任務協調一致運行的操作系統。
實時操作系統的處理機制與分時操作系統在底層原理上相同,但實時操作系統有其獨特的要求,例如在規定時間內完成特定功能等。實時操作系統有為特定應用設計的也有通用的,很多通用的系統,例如IBM的OS/390、微軟的Windows NT等,都有實時系統的特征。因此即使一個操作系統不是嚴格意義上的實時系統,它們也能解決一部分實時應用問題,故不必過於糾結。

 

分時系統與實時系統比較·

.多路性:兩者都具有多路性。軟實時與分時系統中的多路性表現為系統按分時原則為多個任務終端用戶服務;硬實時則指系統周期性地對多路現場信息進行采集以及對多個對象或多個執行機構進行控制。

·獨立性:兩者都具有獨立性。每個終端用戶在向分時系統提出服務請求時,是彼此獨立的操作,互不干擾;而在實時控制系統中信息的采集和對對象的控制,也彼此互不干擾。

·及時性:實時信息系統對實時性的要求與分時系統類似,都是以人所能接受的等待時間來確定;而實時控制系統的及時性,則是以控制對象所要求的開始截止時間或完成截止時間來確定的,一般為秒級、百毫秒級直至毫秒級,甚至有的要低於100微秒。

·交互性:實時信息處理系統具有交互性,但這里人與系統的交互,僅限於訪問系統中某些特定的專用服務程序。它不像分時系統那樣能向終端用戶提供數據處理服務、資源共享等服務。

·可靠性:分時系統要求系統可靠,相比之下,實時系統則要求系統高度可靠。因為任何差錯都可能帶來巨大的經濟損失甚至無法預料的災難性后果。因此,在實時系統中,采取了多級容錯措施來保證系統的安全及數據的安全。

1. 什么是實時操作系統?

       實時操作系統(RTOS)是指當外界事件或數據產生時,能夠接受並以足夠快的速度予以處理,其處理的結果又能在規定的時間之內來控制生產過程或對處理系統作出快速響應,並控制所有實時任務協調一致運行的操作系統。其特點是及時響應和高可靠性。實時系統又分為硬實時系統和軟實時系統,硬實時系統要求在規定的時間內必須完成操作,這是在操作系統設計時保證的;軟實時則只要按照任務的優先級,盡可能快地完成操作即可。

2. 什么是分時操作系統?

       使一台計算機同時為幾個、幾十個甚至幾百個用戶服務的一種操作系統。把計算機與許多終端用戶連接起來,分時操作系統將系統處理機時間與內存空間按一定的時間間隔,輪流地切換給各終端用戶的程序使用(時間片的概念)。由於時間間隔很短,每個用戶的感覺就像他獨占計算機一樣。

3. 實時操作系統需要滿足哪些特征?

       多任務:由於真實世界的事件的異步性,能夠運行許多並發進程或任務是很重要的。多任務提供了一個較好的對真實世界的匹配,因為它允許對應於許多外部事件的多線程執行。系統內核分配CPU給這些任務來獲得並發性。

       搶占調度:真實世界的事件具有繼承的優先級,在分配CPU的時候要注意到這些優先級。基於優先級的搶占調度,任務都被指定了優先級,在能夠執行的任務(沒有被掛起或正在等待資源)中,優先級最高的任務被分配CPU資源。換句話說,當一個高優先級的任務變為可執行態,它會立即搶占當前正在運行的較低優先級的任務。

       任務間的通訊與同步:在一個實時系統中,可能有許多任務作為一個應用的一部分執行。系統必須提供這些任務間的快速且功能強大的通信機制。內核也要提供為了有效地共享不可搶占的資源或臨界區所需的同步機制。

       任務與中斷之間的通信:盡管真實世界的事件通常作為中斷方式到來,但為了提供有效的排隊、優先化和減少中斷延時,我們通常希望在任務級處理相應的工作。所以需要在任務級和中斷級之間存在通信。

4. 分時操作系統需要滿足哪些特征?

       交互性:用戶與系統進行人機對話。 
       多路性:多用戶同時在各自終端上使用同一CPU。 
       獨立性:用戶可彼此獨立操作,互不干擾,互不混淆。 
       及時性:用戶在短時間內可得到系統的及時回答。 

5. 實時操作系統主要應用領域

       主要應用於過程控制、數據采集、通信、多媒體信息處理等對時間敏感的場合。例如:機器人的運動控制、無人駕駛等。

6. 分時操作系統主要應用領域

       現在流行的PC,服務器都是采用這種運行模式,即把CPU的運行分成若干時間片分別處理不同的運算請求。


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