Роб Кёртен - Введение в QNX/Neutrino 2. Руководство по программированию приложений реального времени в QNX Realtime Platform

• Название: Введение в QNX/Neutrino 2. Руководство по программированию приложений реального времени в QNX Realtime Platform
• Автор: Роб Кёртен
• Издательство: Петрополис
• Жанр: Программное обеспечение
• Год: 2001
• ISBN: 5-94656-025-9

Книга "Введение в QNX/Neutrino 2» откроет перед вами в мельчайших подробностях все секреты ОСРВ нового поколения от компании QNX Software Systems Ltd (QSSL) — QNX/Neutrino 2. Книга написана в непринужденной манере, легким для чтения и понимания стилем, и поможет любому, от начинающих программистов до опытных системотехников, получить необходимые начальные знания для проектирования надежных систем реального времени, от встраиваемых управляющих приложений до распределенных сетевых вычислительных систем

В книге подробно описаны основные составляющие ОС QNX/Neutrino и их взаимосвязи. В частности, уделено особое внимание следующим темам:

• обмен сообщениями: принципы функционирования и основы применения;

• процессы и потоки: базовые концепции, предостережения и рекомендации;

• таймеры: организация периодических событий в программах;

• администраторы ресурсов: все, что относится к программированию драйверов устройств;

• прерывания: рекомендации по эффективной обработке.

В книге представлено множество проверенных примеров кода, подробных разъяснений и рисунков, которые помогут вам детально вникнуть в и излагаемый материал. Примеры кода и обновления к ним также можно найти на веб-сайте автора данной книги, www.parse.com.

---

При диспетчеризации FIFO (First In — First Out) поток будет использовать процессор до тех пор, пока поток с более высоким приоритетом не перейдет в состояние готовности, или пока поток добровольно не освободит процессор. Если не существует потоков с более высокими приоритетами, и поток добровольно не освобождает процессор, он будет выполняться вечно. Сопоставьте с карусельной диспетчеризацией.

идентификатор отправителя (receive ID)

Когда сервер принимает сообщение от клиента, функции сервера MsgReceive() или MsgReceivev() возвращают идентификатор отправителя (часто сокращенно в программах называемый «rcvid»). Этот идентификатор rcvid затем используется по отношению к заблокированному клиенту как дескриптор, позволяя серверу отправить клиенту ответ с данными, там самым разблокировав его. После использования rcvid для ответа клиенту, он перестает иметь значение для всех вызовов функций, кроме функции MsgDeliverEvent().

идентификатор соединения (connection ID, сокр. CID)

Дескриптор, возвращаемый функцией ConnectAttach() (на клиентской стороне) и используемый для всех операций обмена данными между клиентом и сервером. Идентификатор соединения аналогичен дескриптору файла в терминах стандартной библиотеки языка Си — иными словами, когда функция open() в QNX/Neutrino возвращает дескриптор файла, реально возвращается идентификатор соединения.

иерархический принцип обмена (send hierarchy)

Принятая в QNX/Neutrino концепция, в силу которой отправляемые сообщения передаются в одном направлении, а ответы на сообщения — в другом. Основной целью реализации иерархического принципа обмена является необходимость исключения состояния взаимной блокировки потоков. Иерархический принцип реализуется назначением клиентам и серверам «уровней иерархии» и обеспечения того, чтобы сообщения передавались только на более высокий уровень иерархии. Это исключает ситуации взаимной блокировки, когда два потока посылают сообщения друг другу, потому что такая ситуация нарушила бы принцип — поток не должен отправлять сообщения другому, если тот находится на нижнем уровне иерархии.

импульс (pulse)

Неблокирующее сообщение, получаемое аналогично обычному сообщению. Это сообщение является неблокирующим для отправителя; получатель же может ожидать его применением стандартных функций обмена сообщениями (MsgReceive() и MsgReceivev()) или же, если необходимо ждать именно импульса, то при помощи функции MsgReceivePulse(). В то время как большинство сообщений обычно посылаются от клиента к серверу, импульсы обычно пересылаются в противоположном направлении, чтобы не нарушать иерархический принцип обмена (это вызвало бы взаимную блокировку). Сравните с сигналом.

исходящий вызов ядра (kernel callout)

Операционная система QNX/Neutrino может быть настроена для функционирования на различных аппаратных средствах без необходимости в лицензии на исходный код. Для этого необходимо предусмотреть в начальном загрузчике возможность обработки исходящих вызовов ядра. Механизм исходящих вызовов ядра позволяет разработчику добавлять в систему свой код, «знающий» о специфике оборудования — например, как опрашивать контроллер прерывания о том, какое прерывание произошло, или о том, как настроить таймер на регулярную генерацию прерываний, и т.п. Это очень подробно изложено в книге «Building Embedded Systems» («Построение встраиваемых систем»).

канал (channel)

Абстрактный объект, через который сервер принимает сообщения. Это тот же самый объект, к которому клиент подключается, чтобы отправить сообщение серверу. При создании канала с помощью ChannelCreate() возвращается идентификатор канала («channel ID», сокращенно «chid») — тот самый идентификатор канала, который назначается администратором ресурса каждой объявляемой им точке монтирования.

карусельная диспетчеризация (round robin (RR) scheduling)

При карусельной диспетчеризации поток использует процессор до тех пор, пока либо не будет готов к работе поток с более высоким приоритетом, либо пока этот поток добровольно не освободит процессор, либо пока не истечет выделенный данному потоку квант времени. Если потоков с более высоким приоритетом нет, поток добровольно не освобождает процессор, и не существует других потоков с тем же самым приоритетом, поток будет выполняться вечно. Если удовлетворены все вышеизложенные условия, за исключением того, что становится готов к работе другой поток с таким же самым приоритетом, то предыдущий поток освободит процессор после того, как истечет выделенный ему квант времени — таким образом, другой поток будет иметь шанс на обслуживание. Сравните с диспетчеризацией FIFO.

клиент (client)

Архитектура обмена сообщениями в QNX/Neutrino имеет клиент- серверную структуру. Клиент является тем, кто запрашивает услугу у определенного сервера. Обычно клиент запрашивает услуги, используя функции, ориентированные на работу со стандартными файловыми дескрипторами (например, lseek()). Эти функции являются синхронными в том отношении, что вызов, сделанный клиентом, не возвращает ответ до тех пор, пока не будет завершена обработка запроса сервером. Любой поток может являться одновременно и клиентом, и сервером.

мутекс (mutex, от mutual exclusion — «взаимное исключение»)

Объект, применяемый для упорядочения последовательности доступа потоков к ресурсу — так, чтобы к ресурсу, определяемому мутексом, в конкретный момент времени имел доступ только один поток. Например, используя мутекс всякий раз при обращении к некоторой переменной, вы гарантируете, что только один поток в данный момент времени имеет к ней доступ, там самым предотвращая гонки. См. также «атомарная операция».

обмен сообщениями (message-passing)

Операционная система QNX/Neutrino имеет в своей основе модель обмена сообщениями, в которой все сервисы предоставляются синхронно, передачей сообщения от клиента к серверу и обратно. Клиент посылает сообщение серверу и блокируется. Сервер принимает сообщение от клиента, выполняет обработку запроса и затем отвечает на сообщение клиента, разблокируя его.

обработчик прерывания (interrupt service routine)

Подпрограмма, которой ядро передает управление (в привилегированном режиме) в результате аппаратного прерывания. Эта подпрограмма не имеет права выполнять системные вызовы и должна обеспечить возврат управления как можно скорее, поскольку ее приоритет реально выше, чем у любого потока в системе. Обработчики прерываний в QNX/ Neutrino могут возвращать структуру типа struct sigevent, которая указывает, какое событие, если нужно, следует сгенерировать.

ответить на сообщение (reply to а message)

Сервер отвечает на сообщение клиента, чтобы доставить клиенту результаты обработки его запроса.

относительный таймер (relative timer)

Таймер с моментом истечения, определяемым как смещение от текущего момента времени, например, «через 5 минут». Сравните с абсолютным таймером.

передать сообщение (send a message)

Поток может передавать сообщения другому потоку. Для передачи сообщения применяется семейство функций MsgSend*(); передающий сообщение поток блокируется до тех пор, пока принимающий поток не ответит на это сообщение (см. «обмен сообщениями»). Поток, который передает сообщение, считается клиентом.

периодический таймер (periodic timer, repetitive timer)

Абсолютный или относительный таймер, который после истечения времени отсчета автоматически перезагружается, и продолжает делать так до явной отмены. Полезен для приема регулярных уведомлений.

поток управления, «нить» (thread)

Одиночный диспетчеризуемый поток управления. Реализация потоков обеспечивается непосредственно ядром Neutrino и соответствуют вызовам функций POSIX pthread*(). Поток может быть синхронизирован с другими потоками (если таковые имеются) путем применения различных примитивов синхронизации, таких как мутексы, условные переменные, семафоры и т.д. Потоки подвергаются диспетчеризации по типу FIFO или RR (карусельного типа).

принять сообщение (receive a message)

Поток может принять сообщение, вызвав функцию MsgReceive() или MsgReceivev(). Если сообщений нет, поток заблокируется в ожидании сообщения (см. «обмен сообщениями»). Поток, который принимает сообщение, считается сервером.

процесс (process)

Недиспетчеризируемый объект, занимающий память и вмещающий в себя один или более потоков.

разблокировать (unblock)

Ранее заблокированный поток будет разблокирован, когда условие, на основе которого он был заблокирован, будет удовлетворено. Например, поток может быть заблокирован в ожидании сообщения. Как только ему будет послано сообщение, он будет разблокирован.