Ein modulares Mehrrechner-Betriebssystem mit Prioritätszeitplanung und lastausgleichender Objektmigration für verteilte Realzeitanwendungen:
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| Published: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1997
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| Edition: | Als Ms. gedr. |
| Series: | Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschrittberichte VDI / 10]
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| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Item Description: | Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., |
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| adam_text | Titel: Ein modulares Mehrrechner-Betriebssystem mit Prioritätszeitplanung und lastausgleichender Objektmig
Autor: Schrimpf, Harald
Jahr: 1997
-schritt- m rnrn^u BERlCHTEmyBjB Dipl.-Ing. Harald Schrimpf, Düsseldorf Ein modulares Mehrrechner- Betriebssystem mit Prioritätszeitplanung und lastausgleichender Objektmigration für verteilte Realzeitanwendungen Reihe 10 : Informatik/ Kommunikationstechnik Nr. 487
Inhaltsverzeichnis Einleitung...........................................................................................................................1 1. Anforderungen der Automatisierungstechnik...................................................3 1.1. Automatisieningstechnik............................................................................................3 1.2. Prozeßrechenanlagen.................................................................................................4 1.2.1. Rechenanlagen..................................................................................................4 1.2.2. Prozeßrechner..................................................................................................4 1.3. Realzeit-Software......................................................................................................6 1.3.1. Realzeit-Programmierung.................................................................................6 1.3.2. Realzeit-Sprachen und Werkzeuge....................................................................7 1.4. Zusammenfassung der Anforderungen........................................................................8 2. Technik Verteilter Betriebssysteme......................................................................9 2.1. Grundlagen................................................................................................................9 2.1.1. Verteilte Rechenanlage.....................................................................................9 2.1.2. Abstrakte Betriebsmittel.................................................................................10 2.1.3. Transparente Gesamtmaschine........................................................................11 2.2. Architektur..............................................................................................................11 2.2.1.
Strukturen......................................................................................................12 2.2.2. Objekte..........................................................................................................13 2.3. Verarbeitung............................................................................................................14 2.3.1. Mehrprozeßbetrieb.........................................................................................14 2.3.2. Programmausfuhrung.....................................................................................16 2.3.3. Paradigmen.....................................................................................................18 2.4. Kommunikation.......................................................................................................19 2.4.1. Synchronisation..............................................................................................19 2.4.2. Transferprotokolle..........................................................................................22 2.4.3. Kooperation...................................................................................................25 2.4.4. Identifikation..................................................................................................27 2.4.5. Transaktionen.................................................................................................29 2.5. Dienstleistungen....................................................... 30 2.5.1. Benutzerdienste..............................................................................................30 2.5.2. Prozeßdienste.................................................................................................31 2.5.3. Dateidienste....................................................................................................31 2.5.4.
Gerätedienste..................................................................................................32
2.6. Zusammenfassung, Schlußfolgerungen.....................................................................32 3. Realzeitbetrieb..........................................................................................................34 3.1. Grundlagen..............................................................................................................34 3.1.1. Definition.......................................................................................................34 3.1.2. Zeitverhalten..................................................................................................35 3.1.3. Realzeit-Programme.......................................................................................36 3.1.4. Realzeit-Daten................................................................................................39 3.1.5. Dimensionierung.............................................................................................40 3.2. Triggerung...............................................................................................................41 3.2.1. Polling und Interrupts.....................................................................................41 3.2.2. Ereignis- und Zeitsteuerung............................................................................42 3.2.3. Peripheriegeräte..............................................................................................42 3.2.4. Prozeßwechsel................................................................................................43 3.3. Realzeit-Prozeßplanung...........................................................................................44 3.3.1. Definition.......................................................................................................44 3.3.2. Prozeßplanungsinfonnation............................................................................45 3.3.3.
Prozeßplanungsziele.......................................................................................46 3.3.4. Prozeßplanungsansätze...................................................................................47 3.3.5. Einrechner-Prozeßplanung..............................................................................48 3.3.6. Mehrrechner-Prozeßplanung...........................................................................52 3.4. Realzeit-Kommunikation.........................................................................................53 3.4.1. Verkehrscharakteristik....................................................................................53 3.4.2. Ubenmtthingstechnik......................................................................................54 3.4.3. Vermittlung und Zugriflsprotokolle................................................................55 3.4.4. Fhiß- und Fehlerkontrolle...............................................................................60 3.4.5. Betriebssystem-Integration............................................................................61 3.4.6. Raten- und Zeitbasierte Übermittlung.............................................................61 3.4.7. Bandbreiten-Reservierung...............................................................................62 3.4.8. Medienskalierung...........................................................................................63 3.5. Zeitsynchronisation..................................................................................................64 3.5.1. Systemnhren...................................................................................................64 3.5.2. Korrektur.......................................................................................................66 3.5.3.
Synchronisation..............................................................................................67 3.6. Verteilte Realzeit-Betriebssysteme...........................................................................68 3.6.1. Quick-as-Bunny Systeme................................................................................68 3.6.2. Guaranteed-Latency Systeme..........................................................................68 3.6.3. Rate-Monotonic Systeme................................................................................69 3.6.4. Media-Scaling Systeme...................................................................................70 3.6.5. Fixed-Cyclic Systeme.....................................................................................70 3.6.6. Complex-Reservation Systeme........................................................................71 3.7. Zusammenfassung, Schlußfolgerungen.....................................................................72
4. Lastverteilung...........................................................................................................74 4.1. Grundlagen..............................................................................................................74 4.1.1. Definition.......................................................................................................74 4.1.2. Gliederung......................................................................................................75 4.2. Lastinfortnation.......................................................................................................76 4.2. 1. Lastbestimmung.............................................................................................76 4.2.2. Lastprotokolle................................................................................................78 4.3. Transferverfahren....................................................................................................79 4.3.1. Lasttransfer....................................................................................................79 4.3.2. Transferleistungen..........................................................................................81 4.3.3. Generationsverfahren......................................................................................83 4.3.4. Migrationsverfeliren........................................................................................83 4.3.5. Replikationsverfähren.....................................................................................85 4.4. Verteilungsstrategien...............................................................................................86 4.4.1. Verteilungsziele..............................................................................................86 4.4.2. Zeitpunkt und Dynamik..................................................................................87 4.4.3.
Planungshorizont und Kooperation.................................................................88 4.4.4. Beurteilungskriterien......................................................................................89 4.4.5. Verteilungsansätze..........................................................................................89 4.4.6. Verteäungsalgorithmsn...................................................................................90 4.5. LastverteÜungs-Betriebssysteme..............................................................................95 4.5.1. Generationssysteme........................................................................................95 4.5.2. Migrationssysteme..........................................................................................96 4.5.3. Replikationssysteme.......................................................................................96 4.6. Zusammenfassung, Schlußfolgerungen.....................................................................97 5. Ansatz zum verteilten Realzeit-Betriebssystem MDX...................................98 6. MDX Systemstruktur und Prozeßkommunikation.......................................100 6.1. Systemstruktur......................................................................................................100 6.1.1. Virtueller UNK-Einrechner (AP-Ebene)......................................................101 6.1.2. Transparenter Objektraum (OP-Ebene).........................................................101 6.1.3. Infrastruktur und Systembaukasten (IPC-Ebene)...........................................102 6.1.4. Leistungen des Systemkems (KP-Ebene).....................................................103 6.2. Realisierung des Betriebssystemkems.....................................................................105 6.2.1.
Systemkem...................................................................................................105 6.2.2. Nukleus...................................................................................................106 6.2.3. Netzserver....................................................................................................111 6.3. Meßergebnisse der Kemleistungen............................. 114 6.3.1. Verarbeitungsleistungen................................................................................114 6.3.2. Kommunikationsleistungen...........................................................................115 6.3.3. Parallelverarbeitung......................................................................................116 6.4. Verteilte und parallele Programmierung.................................................................117
6.5. Zusammenfassung..................................................................................................119 7. MDX Objektsystem...............................................................................................120 7.1. Paradigma Verteilter Systemobjekte.......................................................................120 7.2. Realisierung des Objektsystems..............................................................................121 7.2.1. Reduzierter Befehlssatz (FClient)..................................................................121 7.2.2. Mikroserver-Konzept (FServer)....................................................................124 7.2.3. Objektnamendienst.......................................................................................129 7.3. Leistungen der Objektserver..................................................................................135 7.4. Programmierung der Klienten und Objektserver.....................................................136 7.5. Zusammenfassung..................................................................................................137 8. MDX Realzeitbetrieb............................................................................................138 8.1. Leistungen und Paradigmen...................................................................................138 8.2. Realisierung der Prioritätszeitsteuerung.................................................................139 8.2.1. Virtuelle Synchronuhren und Kalender..........................................................140 8.2.2. Prioritätszeitsteuenmg..................................................................................145 8.2.3. Prioritätszeitsteuerung aller Betriebsmittel....................................................148 8.2.4. Lokale und netzweite Prioritätszeitreservierung............................................153 8.3. Garantierte
Leistung im Realzeit-Betrieb............................................. 159 8.3.1. Auflösung und Gleichlauf der Synchronuhren...............................................159 8.3.2. Garantierte Realzeit-Verarbeitung unter Störlast...........................................162 8.3.3. Geringer Laufzeitaufwand der Prioritätszeitsteuerung...................................163 8.3.4. Garantierte Realzeit-Kommunikation unter Störlast......................................165 8.4. Programmierung verteilter Realzeit-Programme.....................................................166 8.5. Zusammenfassung..................................................................................................167 9. MDX Lastverteilung.............................................................................................168 9.1. Paradigma mobiler Systemobjekte..........................................................................168 9.2. Realisierung der Lastautomatik..............................................................................171 9.2.1. Mechanismen zur Plazierung, Migration und Replikation..............................171 9.2.2. Verteilstrategie CDR....................................................................................179 9.3. Gemessener Leistungsgewinn der Lastverteilung....................................................184 9.3.1. Eigenverbrauch der Mechanismen.................................................................185 9.3.2. Leistungsgewinn durch Lastautomatik..........................................................186 9.4. Anwendung dynamischer Lastverteilung................................................................188 9.5. Zusammenfassung..................................................................................................190 10. System vergleich......................................................................................................191 11.
Zusammenfassung und Ausblick.......................................................................194 Literatur.........................................................................................................................197
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