Сравнительная характеристика операционных систем реального времени для ЭВМ класса РDP-11
Автор: Брусиловский Л.И.
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Автоматизация проектирования
Статья в выпуске: 8, 1990 года.
Бесплатный доступ
Приводится сравнительная характеристика многопользовательских операционных систем реального времени TSX-Plus версии 6.01 и SRAREplus для ЭВМ класса PDP-11 с однопользовательской системой RT-11 версии 5.02. Предлагается система программных тестов для сравнения этих операционных систем.
Короткий адрес: https://sciup.org/14058230
IDR: 14058230
Текст научной статьи Сравнительная характеристика операционных систем реального времени для ЭВМ класса РDP-11
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ ДЛЯ ЭВМ КЛАССА PDP-11
-
1,Введение
-
2. Основные сходства и отличия
В нашей стране и в мире для автоматизации научных исследований широкое распространение получили ЭВМ класса PDP-11 фирмы DEC и совместимые с ними. Для этих компьютеров разработан широкий класс операционных систем (ОС), начиная от однопользовательской системы реального времени RT-11 и до многопользовательских ОС типа RSX-11M Plus или Unix. Как показано в [1], в комплексных системах автоматизации, базирующихся на натурном эксперименте, таких, например, как САПР элементов компьютерной оптики, можно отдать предпочтение многопользовательским ОС, эмулирующим операционную среду RT-11. Такие ОС при сохранении режима реального времени позволяют более полно и эффективно использовать аппаратные ресурсы компьютеров, разделяя их между несколькими пользователями.
В настоящей статье рассматриваются ОС TSX-Plus [2] фирмы S8H Computer Systems Inc. (США) и ОС SHAREplus [З] фирмы HAMMONDsoftware (ФРГ). Обе ОС поддерживают оперативную память (ОП) до U Мбайт и обеспечивают среду ХМ-монито-ра (расширенной памяти) ОС RT-11. Проводится сравнительный анализ двух этих ОС между собой и с ОС RT-11 и даются рекомендации по их применению.
ОС TSX-Plus и ОС SHAREplus занимают одну "экологическую нишу" - создают многопользовательскую среду ОС RT-11 на ЭВМ класса PDP-11. Для их работы требу ется аппаратный диспетчер памяти и не менее 128 Кбайт ОП. Их работа связана с дополнительными накладными расходами процессорного времени по сравнению с ОС RT-11. Обе ОС запускаются из RT-11, но полностью вытесняют ядро RT-11 из ОП. В процессе работы они используют стандартные драйверы и утилиты ОС RT-11 и поддерживают файловую структуру RT-11.
Обе ОС обеспечивают работу со всеми стандартными периферийными устройствами, поддерживаемыми ОС RT-11, и позволяют подключать дополнительные пользовательские терминалы через стандартные средства связи: последовательные асинхронные интерфейсы и мультиплексоры типа DL(V), DH(V) и DZ(V).
В результате на вычислительном комплексе создается многопроцессорная среда. Все процессы (программы) выполняются независимо друг от друга и разделяют время центрального процессора (ЦП). Каждый пользователь имеет возможность запускать со своего терминала параллельно несколько собственных процессов. Суммарное число активных процессов в системе в данный момент времени определяется, в основном, общим объемом ОП комплекса. Так, при наличии 256 Кбайт памяти обычно работает 1 системный процесс (ядро ОС) и 3 пользовательских процесса (из расчета по 64 Кбайт памяти на каждый процесс).
Принципиальным отличием ОС TSX-Plus от ОС SHAREplus является наличие свопинга пользовательских процессов, то есть динамическое сбрасывание активных процессов из ОП на диск и их подкачка с диска в ОП в процессе работы ЭВМ. Благодаря применению свопинга выполняется большее число процессов, чем их может статически разместиться в памяти. Одна- ко это средство требует значительных накладных расходов, так как время обращения к диску велико по сравнению с временем обращения к ОП. Поэтому наличие свопинга в ОС TSX-Plus является в некоторых случаях преимуществом, а в некоторых и недостатком по сравнению с ОС SHAREplus. Впрочем, свопинг ОС TSX-Plus можно запретить при генерации системы.
Вторым существенным отличием систем является способность ОС SHAREplus работать со смесью стандартных SJ- и ХМ-драйверов ОС RT-11, в то время как ОС TSX-Plus работает только с ХМ-драйвера-ми. Это свойство ОС SHAREplus полезно при создании вычислительного комплекса, в состав которого входят контроллеры внешних устройств, рассчитанные на 16-, 18- и 22-разрядную адресную системную магистраль: SHAREplus работает с такими устройствами через систему буферов.
Третье отличие систем связано с набором команд мониторов и программных системных запросов (ЕМТ). ОС TSX-Plus строго поддерживает набор команд и ЕМТ ОС RT-11, расширяя их только оригинальными средствами администрирования и обмена в многопользовательской среде. ОС SHAREplus расширяет систему команд монитора и набор программных системных запросов в сторону ОС VMS, применяемой на 32-разрядной супер-мини-ЭВМ семейства VAX.
Заметим, что для обеих ОС разработаны дополнительные утилиты, входящие в дистрибутивный набор. Однако в ОС SHAREplus набор таких утилит значительно шире, а интерактивная утилита HELP предоставляеу информацию о командах и ключах ОС в диалоговой форме. В ОС TSX-Plus можно использовать утилиту HELP ОС RT-11, но в ней, естественно, отсутствует информация о специфических для TSХ-РI us командах и ключах.
-
3, Сравнительный анализ возможностей
Обе рассматриваемые операционные системы, сохраняя возможности ХМ-мони- тора ОС RT-11, предоставляют пользователю дополнительный набор услуг много-процессных ОС. К ним относятся следующие :
-
- обеспечивается режим разделения времени для многопользовательской работы;
-
- для каждого пользователя обеспечивается авторизация и защита его файлов от несанкционированного доступа;
-
- для каждого пользователя задается набор привилегий;
-
- обеспечивается статистический сбор информации о функционировании системы ;
-
- обеспечивается возможность создания одним пользователем нескольких процессов и переключение терминала пользователя с одного процесса на другой;
-
- обеспечивается возможность сохранения терминальной выдачи самостоятельно выполняющегося процесса в файле;
-
- обеспечивается запуск автономных процессов;
-
- создаются процессы разного приоритета, нескольких групп приоритетов, пакетный режим работы и развитые средства планирования работы процессов;
-
- обеспечивается обмен сообщениями между процессами;
-
- предоставляется дополнительный набор команд для управления процессами;
-
- обеспечивается выделение PLAS-областей (до А Мбайт) в расширенной памяти;
-
- обеспечивается загрузка драйверов устройств в расширенную память;
-
- обеспечивается кеширование каталогов устройств и файлов;
-
- обеспечивается спулинг медленных внешних устройств;
-
- обеспечиваются разделяемые файлы с запиранием записей;
-
- вводятся командные файлы с параметрами ;
-
- обеспечивается динамическое изменение характеристик терминалов и линий с вязи.
Некоторые различия в харак те ристи-ках рассматоиваемых ОС приведены в табл. 1 .
Таблица 1
Характеристики ОС |
SHAREplus |
TSX-Plus |
Страна разработки |
ФРГ |
США |
Фирма-производитель |
HAMMONDsoftuare |
S&H Computer Systems, Inc. |
Номер последней версии |
2,0 |
6.01 |
Дата выпуска |
Нарт 1986 г. |
Декабрь 1985 г. । |
Требуемый объем ОП (niin/max) |
96/4096 Кбайт |
128/4096 Кбайт |
Максимальное число процессов |
< 70 |
< 40 |
Количество приоритетов процессов |
31, 2 группы |
128, 3 группы |
Число привилегий |
26 |
24 |
Режимы управления терминалами |
в |
16 |
Количество логических дисков |
> 64 |
8 на процесс |
виртуальный диск VM: |
Встроенный |
Драйвер |
Спулинг устройств |
6 |
8 |
Число команд монитора |
141 |
юз |
Число дополнительных утилит |
18 |
5 |
Число новых программных запросов |
(ЕПТ) 40 |
96 |
Редактор командной строки SL |
8 команд |
1 3 команд |
Количество запоминаемых строк |
>20 строк |
3 строки |
-
А. Генерация ОС SHAREplus и TSX-Plus
Важным свойством каждой ОС является удобство генерации системы. По этому показателю ОС TSX-Plus сильно уступает системе SHAREplus.
Генерация SHAREplus более проста и удобна. Настройка ОС на конфигурацию вычислительного комплекса производится просто редактированием стартового командного файла, который выполняется при каждом запуске ОС SHAREplus. По этой причине запуск ОС SHAREplus - достаточно долгая процедура: несколько десятков секунд.
Такой недостаток (который может доставить неудобство лишь наиболее темпераментным системным программистам) с лихвой компенсируется возможностью гибкой настройки и изменения любых параметров системы в процессе ее работы. Любой драйвер может быть выгружен из ОП и снова загружен, любое устройство может быть подключено и отключено от системы, вплоть до смены адресов терминалов.
Генерация TSX-Plus более сложна, так как и сама ОС более сложна. Процесс генерации состоит в редактировании конфигурационного файла, написанного на макроассемблере и содержащего подробные комментарии. Затем исправленный конфигурационный файл ассемблируется и компонуются 4 основные утилиты ОС TSX-Plus. Даже при хорошем навыке на перегенера-цию ОС TSX-Plus уходит не менее 10мин. Запуск TSX-Plus происходит всего за несколько секунд.
Чрезвычайно полезным новшеством версии 6.01 ОС TSX-Plus является утилита TSXMOD, которая позволяет изменить большинство основных параметров ОС без перегенерации, но перезапустить систему все же придется. Тем не менее утилита TSXMOD не позволяет ни добавить новое устройство в систему, ни даже сменить адрес последовательного интерфейса - для этого необходима полная пере-генерация системы.
Основные сведения, относящиеся к процессу генерации обеих ОС, сведены е табл. 2.
Таблица 2
Характеристики ОС |
SHAREplus |
| TSX-Plus |
Размер дистрибутива системы: |
||
фа йлов |
64 |
117 |
блоков |
2000 |
2400 |
Минимальный рабочий набор без |
||
драйверов: |
||
файлов |
6 |
4 |
блоков |
450 |
900 |
Полная документация на систему, |
• |
|
книг/страниц |
4/540 |
3/610 |
Документация, описывающая гене- |
||
рацию, стр. |
18 |
46 |
Время на генерацию системы, мин. |
1-15 |
1 0-40 |
Средняя продолжительность за- |
||
пуска системы, сек. |
30 |
5 |
-
5, Сравнение производительности ОС на системе тестов
Важным элементом сравнительного анализа многопроцессорных ОС является оценка накладных расходов на планирование процессов. Для выполнения такой оценки был создан ряд тестовых задач, каждая из которых выполнялась под управлением той и другой исследуемой ОС.
При прогонах тестовых примеров мы никоим образом не настраивали планировщики ОС на нашу конфигурацию аппаратных средств и на наши смеси задач. Мы исходили из предположения, что большинство администраторов ОС поступит подобным же образом на первых порах эксплуатации систем. Здесь следует, однако, отметить что ОС TSX-Plus предоставляет широкие возможности для подобной настройки: администратор системы может легко менять значения 10 параметров, задающих величины квантов времени, отводимых ЦП на выполнение процессов различных типов, и оптимальным образом настраивать планировщик .
Таким образом, при оптимальной настройке ОС ТSХ-РIus,вероятно, будет тре бовать меньших накладных расходов на планирование процессов. При анализе данных из следующих таблиц следует также учитывать, что для проведения сравнительного анализа ОС TSX-Plus была нами сгенерирована с возможностью свопинга процессов, хотя во время прогонов все тестовые программы были резидентны в ОП .
Разработанные тестовые задачи были выполнены также и под управлением ОС RT-11 версии 5-2 для SJ- и ХМ-мониторов. Эта версия была выбрана потому, что появилась примерно в то же время и была, как известно, существенно переработана по сравнению с предыдущей версией RT-11. В самом правом столбце следующих таблиц приводится показатель превосходства SHAREplus над TSX-Plus. Этот показатель вычислялся как разность времени выполнения тестовых задач в сравниваемых ОС, отнесенная ко времени выполнения этой задачи под ХМ-монитором RT-11. Он выражен в процентах, знак плюс соответствует превосходству ОС SHAREplus.
При разработке большинства тестов авторы старались сделать их адекватными тестам, описанным в работе [4], в которой проводилось аналогичное сравнение ОС RSX-11M версии 4.1 с ОС TSX-Plus версии 5.1. Тест CPU1 представляет собой вычислительную задачу без ввода/вывода, обеспечивающую загрузку ЦП. Тест CPU2 -это вычислительная задача удвоенного объема. Тест TT0UT осуществляет вывод на терминал 30000 символов со скоростью 9600 бод. Тест TTINP производит ввод информации с терминала, постоянный темп ввода обеспечивается использованием свойства автоответа на терминале типа VT200 (на посылку управляющего символа АСК терминал отвечает стандартным сообщением длиной 20 байт). В тестовой задаче КЕО выполнялось автоматическое редактирование файла объемом 250 блоков -выполнялась операция замены по всему файлу. Независимость от темпа ввода команд с клавиатуры достигалась использованием программируемых клавиш терминала типа VT200. Тесты выполнялись на ЭВМ LSI-11/23 с 256 Кбайт ОЛ и дисками RL02 .
Полученные результаты приведены в табл. 3, время прохождения задач указано в секундах.
Таблица 3
1 Краткое описание тестовой задачи|РТ/$3 |
RT/XM |
SHAREplus |
TSX-Plus |
; %% |
||
Одно задание CPU1 |
66 |
80 |
81 |
87 |
+ 7,5 |
|
Одно задание CPU2 |
>31 |
159 |
160 |
1 73 |
+ 8,2 |
|
Смесь заданий CPU1 Одно задание TTOUT |
♦ CPU2 (30000 сим- |
197 |
239 |
162/242 |
173/261 |
+ 13,8 |
волов) |
34 |
37 |
34 |
37 |
+ 8,1 |
|
Смесь CPU2 + TTOUT Время ЦП на вывод (мсек) Одно задание TTINP |
1 символа (ввод |
100 |
1 1 7 |
176/35 0,53 |
216/150 1.43 |
+ 25.2 |
14540 символов) |
зо |
39 |
34 |
. 56 |
+ 56,4 |
|
Смесь CPU1 * TTINP Время ЦП на ввод 1 (мсек) |
символа |
96 |
119 |
1 18/66 2,5 |
141/57 3.7 |
+ 28,8 |
Одно задание DISK |
(2000 блоков) |
12,0 |
14,5 |
12,2 |
13,0 |
+ 5.5 |
Смесь CPU1 + DISK Время ЦП на пересылку 1 блока (мсек > |
78,0 |
94,5 |
84/13,0 1.5 |
92/14,7 2,5 |
+ 10,0 |
|
Одно задание KED |
30 |
49 |
49 |
52 |
+ 6,1 |
|
Смесь CPU1 + KED |
96 |
129 |
127/95 |
135/122 |
+ 10,0 |
В табл. 4 приведено время выполнения набора типичных задач, выполняемых пользователем в процессе работы в ОС. К таким типичным задачам мы отнесли:
-
- вывод на терминал каталога диска, содержащего информацию о 1000 файлов (в полной и краткой форме);
-
- операции вывода на терминал, печати и копирования Файлов;
-
- операции, входящие в цикл разработки программы:редактирование исходного текста, ассемблирование и компиляция, компоновка объектных модулей.
Таблица 4
Команда |
Краткое описание |
RT/SJ |
RT/XM |
jSHAREplus |
i [TSX-Plus |
||
DIR/BRI |
Краткий каталог 1000 файлов |
15 |
16 |
16 |
17 |
+ |
6,3 |
DIR/FUL |
Полный каталог 1000 файлов |
35 |
36 |
36 |
37 |
-1- |
2,8 |
TYPE |
Вывод файла из 30000 символов |
38 |
38 |
35 |
35 |
0 |
|
|
Печать файла со спулингом |
40 |
40 |
40 |
40 |
0 |
|
COPY |
Копирование файла в 2000 блоков |
12,0 |
14,5 |
12,2 |
13,0 |
* |
5,5 |
KED |
Редактирование файла, 250 блоков |
30 |
49 |
49 |
52 |
4- |
6,1 |
MACRO |
Ассемблирование, 3' блок |
27 |
44 |
32 |
32 |
0 |
|
PASCAL |
Компиляция с Паскаля, 10 блоков |
60 |
60 |
60 |
60 |
0 |
|
LINK |
Компоновка объектных модулей |
50 |
50 |
50 |
50 |
0 |
-
6, Сравнение эффективности услуг, предоставляемых ОС
Для полноты анализа было проведено сравнение эффективности стандартных сервисных услуг, предоставляемых той и другой ОС. Сравнение проводилось по следующим показателям:
-
- виртуальные диски (VV: и LD:);
-
- спулинг медленных периферийных устройств;
-
- кэширование файлов и каталогов;
-
- псевдодиск в расширенной памяти (устройство VM:);
-
- работа с PLAS-областями.
Обе ОС оказались в целом сравнимыми по эффективности этих услуг.
-
7, Субъективные впечатления от работы с исследованными ОС
8 процессе эксплуатации обеих смете» авторы составили свое субъективное мнение об удобстве работы с той и другой ОС. Эти впечатления представлены в табл. 5.
Таблица 5
Помра вилось |
Не понравилось |
|
- SL хранит иного предыдущих команд |
- защита файлов от несанкционированного доступа |
|
- простая процедура генерации |
- долгий запуск системы ^несколько десятков сек.) |
|
SHAREplus |
|
- не вполне строгая эмуляция RT-11 |
- дополнительные удобства редактирования в SL |
- трудоемкая и длительная генерация системы |
|
TSX-Plus |
|
- необходимость генерации системы в случае переконфигурации комплекса |
-
8, Рекомендации по применению ОС SHAREplus и TSX-Plus
Проведенные исследования показывают, что ОС SHAREplus является наиболее предпочтительной в таких областях применения, где требуется наиболее быстрая реакция на внешние события. ОС SHAREplus также подходит для ЭВМ с небольшим числом одновременно работающих пользователей, так как требует меньших ресурсов ЭВМ. Важным преимуществом этой ОС является также возможность работать со смесью SJ- и ХМ-драйверов, что необходимо для некоторых нестандартных внешних устройств. SHAREplus незаменима на пере ходном этапе от ОС RT-11 к ОС VMS для суп ер-ми ни-ЭВМ класса VAX, так как позволяет вести плавное обучение пользователей особенностям новой ОС.
ОС TSX-Plus наиболее подходит для крупных вычислительных комплексов с большим объемом дополнительной ОП, с развитой терминальной сетью и большим числом одновременно работающих пользователей. Адаптивный алгоритм планировщика процессов позволяет оптимизировать многопользовательский режим работы для конкретного набора решаемых на ЭВМ задач. Эта ОС также обеспечивает, на наш взгляд, лучшую защиту файлов пользователей от несанкционированного доступа. ОС TSX-Plus более строго моделирует среду ОС RT-11 .