近年来具有健壮分区功能的嵌入式实时操作系统（例如VxWorks653）在嵌入式领域得到了广..

2014年下半年上午试卷综合知识

第 45 题


知识点	VxWorks 操作系统分区实时操作系统
关键词	嵌入式实时操作系统操作系统
章/节	嵌入式操作系统基础知识嵌入式系统程序设计

近年来具有健壮分区功能的嵌入式实时操作系统（例如VxWorks653）在嵌入式领域得到了广泛应用，以下不属于分区操作系统特点的是（45）。

A. 具有分区级，进程级两级调度功能

B. 应用软件和操作系统软件处于同一特权态和同一地址空间

C. 具有健康监控功能，阻止故障蔓延

D. 具有时间分区和空间分区

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第50题

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以下不属于嵌入式操作系统的是（57)。

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更适合用来开发操作系统的编程语言是（20)。

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知识点讲解

· VxWorks

· 操作系统

· 分区

· 实时操作系统

VxWorks

VxWorks是美国WindRiver System公司开发的一款嵌入式实时操作系统，具有良好的可靠性和卓越的实时性，是目前嵌入式系统领域中使用最广泛、市场占有率最高的商业系统。VxWorks支持各种主流的32位处理器，如x86、Motorola MC68xxx、Coldfire、PowerPC、MIPS、ARM、i960等。它基于微内核的体系结构，整个系统由400多个相对独立、短小精炼的目标模块组成，用户可以进行裁减和配置，根据自己的需要来选择适当的模块。VxWorks采用GNU的编译和调试器，它的大多数API函数都是专有的。

VxWorks操作系统主要由以下几个功能模块组成：

.高效的实时微内核：这是VxWorks的核心，它包括基于优先级的任务调度、任务间的通信、同步和互斥、中断处理、定时器和内存管理机制等。

.I/O处理系统：VxWorks提供了一个快速灵活的与ANSI C兼容的I/O系统，包括UNIX标准的缓冲I/O和POSIX标准的异步I/O。

.文件系统：VxWorks提供了适合于实时应用的文件系统，主要包括与MS-DOS兼容的文件系统、与RT-11兼容的文件系统、Raw Disk文件系统和SCSI磁带设备。

.网络处理模块：能与许多运行其他协议的网络进行通信，如TCP/IP、NFS、UDP、SNMP、FTP等。

.虚拟内存模块VxVMI：主要用于对指定内存区的保护，以加强系统的安全性。

.板级支持包BSP：是系统用来管理硬件的功能模块，对各种板卡的硬件功能提供了统一的接口，它由初始化和驱动程序两部分组成。

操作系统

编写嵌入式软件有两种选择：一是自己编写内核；二是使用现成的操作系统。如果嵌入式软件只需要完成一项非常小的工作，例如在电动玩具、空调中，就不需要一个功能完整的操作系统。但如果系统的规模较大、功能较复杂，那么最好还是使用一个现成的操作系统。可用于嵌入式系统软件开发的操作系统有很多，但关键是如何选择一个适合开发项目的操作系统，可以从以下几点进行考虑：

（1）操作系统提供的开发工具。有些实时操作系统只支持该系统供应商的开发工具，因此，还必须从操作系统供应商处获得编译器、调试器等；而有的操作系统应用广泛，且有第三方工具可用，因此选择的余地比较大。

（2）操作系统向硬件接口移植的难度。操作系统到硬件的移植是一个重要的问题，是关系到整个系统能否按期完工的一个关键因素。因此，要选择那些可移植性程度高的操作系统，以避免因移植带来的种种困难。

（3）操作系统的内存要求，有些操作系统对内存有较大要求。

（4）操作系统的可剪裁性、实时性能等。

分区

现在，数据量的增加已经使得数据不可以仅在单一的计算机系统中存储（分布式的应用），尤其是为了保证数据的可靠性，有时需要复制备份。同时，为了一些规模性的操作（比如负载平衡）或者考虑到一些动态因素的影响（存储结点的改变），在设计中就要考虑“分区”的概念。

分区的一些主要方法如下：

（1）内存缓存：缓存技术可以看成一种分区。内存中的数据库系统将使用频率最高的数据复制到缓存中，加快了数据给用户传递的速度，同时也大大减轻了数据库服务器的负担。在分布式缓存中，缓存由很多带有分配好一定内存的进程组成，它们能够放置到不同的机器上并且可以通过配置进行应用。它的协议可以在不同的编程语言中实现，同时在用户的应用中提供了简单的键值存储API。它通过将键值哈希散列到缓存中来存储对象。

（2）集群：数据库服务器集群在为用户提供服务时的透明性（用户感觉数据像是在同一个地方），是另外一个对数据进行分区的方法。然而，这种方法虽然能在某种程度上扩展系统数据持久层，可是集群本身的特性却仅仅应用在了数据库管理系统的顶层，而并未在分布式最初的设计中得到应用。

（3）读写分离：指定一台或多台主服务器，所有或部分的写操作被送至此，同时再设一定数量的副本服务器用以满足读请求。如果主服务器向至少一个用户异步复制数据，这是没有写延迟的，可如果主服务器在向最后一个用户写数据还没完成的时候就崩溃了，那么写操作将是无效的；如果主服务器向用户同步复制数据，这是有延迟的，这种更新不会丢失，但读请求却不能送达副本服务器。如果对一致性要求很高的话，无法避免进一步的写延迟。在这种情况下，如果主服务器崩溃了，那么有最新的数据的副本服务器将会成为新的主服务器。这种模型（主／从模型）在读写率很高的时候工作得很好。

（4）范围分割技术／分片（sharding）：指对数据按照如下方式进行分区操作，即对数据的请求和更新在同一个结点上，并且对于分布在不同服务器上的数据存储和下载的量大致相同。从可靠性和负载平衡的观点看，数据的碎片也是需要被复制的，并且允许它们被写入主服务器的副本中和所有需要维护数据分区的副本服务器中。而为了做到这一点，需要在分区和存储结点之间做一个映射。这个映射是动态还是静态取决于用户的应用、主服务器的“映射服务／组件”以及网络中用户应用于网络结点之间的基础结构。在分区场景中，关键在于如何将数据库中的对象映射到服务器上。通常的方法是哈希散列法。

实时操作系统

实时是指计算机对于外来信息能够以足够快的速度进行处理，并在被控对象允许的时间范围内做出快速反应。实时系统对交互能力要求不高，但要求可靠性有保障。为了提高系统的响应时间，对随机发生的外部事件应及时做出响应并对其进行处理。

实时系统分为实时控制系统和实时信息处理系统。实时控制系统主要用于生产过程的自动控制，例如数据自动采集、武器控制、火炮自动控制、飞机自动驾驶和导弹的制导系统等。实时信息处理系统主要用于实时信息处理，例如飞机订票系统、情报检索系统等。实时系统与分时系统除了应用的环境不同，主要有以下三点区别：

（1）系统的设计目标不同。分时系统是设计成一个多用户的通用系统，交互能力强；而实时系统大多是专用系统。

（2）交互性的强弱不同。分时系统是多用户的通用系统，交互能力强；而实时系统是专用系统，仅允许操作并访问有限的专用程序，不能随便修改，且交互能力差。

（3）响应时间的敏感程度不同。分时系统是以用户能接收的等待时间为系统的设计依据，而实时系统是以被测物体所能接受的延迟为系统设计依据。因此，实时系统对响应时间的敏感程度更强。

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