操作系统十九二十实时系统 多媒体系统

1.概述

实时系统不仅要求计算结果正确，而且要求结果必须在一个特定的截止期限内产生。例如一个机器人在走近墙时，他的视觉控制系统开始识别，如果在撞墙之后才识别出是墙，尽管正确识别了墙，但该系统已不满足要求。

许多实时系统是嵌入式的，但对于用户这不是显而易见的。也不是所有的嵌入式系统都是实时的。

实时计算有两种：硬性和软性。硬实时系统有最严格的要求保证关键实时任务在最后期限内完成。软实时系统仅仅要求关键实时任务获得高于其他任务的权利

2.系统特性

实时系统的典型特性有目标单一、体积小、批量生产成本低、特定的时间要求

实时系统通常只能有一个单一的目的，例如控制防抱死制动或在MP3上传送音乐。控制飞机航空系统的实时系统不可能也用于播放DVD。

许多实时系统存于物理空间小的环境下。因此其缺乏标准PC的cpu处理能力和可用内存，很多实时系统在8或16位处理器上运行，内存少于1M

实时系统的实现环境通常是家电设备和消费设备。数码相机、微波炉是比较重视成本的环境中批量生产的

许多嵌入式系统控制器使用一种称为片上系统SOC的方法。cpu、内存、存储单元等都包含在单集成电路中。

实时系统通过调度算法来满足时间要求，算法给予了实时进程最高的调度优先级。还要尽量降低事件的响应时间。

3.实时内核特性

windows XP有4千万行代码，实时系统往往只有数千行的代码。

通用系统的虚拟内存特性要求系统有一个存储器管理单元MMU，用以实现逻辑地址到物理地址的转换。实时系统某些情况下，cpu必须生成一个映射到物理地址的虚拟地址。第一种方法是不采用虚拟内存技术，绕过逻辑地址，使cpu直接生成物理地址，这被称为实时寻址模式。第二种方法是使用动态重定位寄存器。设定重定位寄存器R为程序装入的存储单元地址。将重定位寄存器R的容量加上L，就会产生物理地址P。一些实时系统安装这种方法来配置MMU。最后一个方法是提供完全的虚拟内存功能

4.实现实时操作系统

基本要求是基于优先级的抢占式调度算法、抢占式内核、延迟最小化

4.1基于优先级的调度

一旦进程请求cpu，系统立即对实时进程做出响应。因此实时操作系统的调度程序必须支持基于优先级的抢占算法

4.2抢占式内核

传统的面向用户的应用程序如电子表格、文字处理器不需要很快的响应时间，而抢占式内核的设计相当困难，因此一些商用台式机操作系统如windows XP是非抢占的。但是为满足实时系统的时间要求，抢占式内核是强制性的。

4.3最小化延迟

事件延迟是事件发生到事件被处理的所经过的时间。有两种类型的延迟影响实时系统的性能：中断延迟和调度延迟

5.实时cpu调度

5.1单调速率调度

5.2最早截止期限优先调度算法EDF

5.3按比例分享调度

5.4Pthread调度

6.VxWorks 5.x

VxWorks是一种流行的支持硬实时的实时操作系统。在2004年火星的两个探测器生命号 和机遇号就是由Vxworks控制的

7.小结

1.什么是多媒体

1.1媒体传送

多媒体数据存储在文件系统，其与常规文件的区别是，多媒体文件必须以某一特定速率访问。例如，对于人眼，看起来流畅的视频需要达到24~30帧/秒的速率

多媒体数据可从本地文件系统或远程服务器传送到客户端。数据来自于本地文件系统时，将传送称为本地播放。多媒体文件位于远程服务器上，使用流技术通过网络传送到客户端。

有两种类型的流技术：渐进式下载、实时流。

渐进式下载，媒体文件被下载并保存到客户端的本地文件系统中，可边看边下载。渐进式下载相对于较小的媒体文件时最有用的，如短的视频剪辑。

实时流，媒体文件只在客户端播放而不存储，适合长的视频、英特网无线电、TV广播。有两种类型的实时流可用：实况流和点播流。实况流用于传送一个活动，如音乐会和讲座。网络上的无线电广播是实况流的一个例子。由于其实况传送，其不允许客户端随机访问流媒体的不同点。点播流用来传送整部电影之类的大媒体流。

渐进式和实时流都可以允许客户端移动到流媒体中的不同点，例如快进操作，这种能力被称为随机存取。

1.2多媒体系统的特点

多媒体文件可以相当大。‘

连续媒体可能需要非常高的数据速率。

播放时，多媒体应用软件对于时间延误是敏感的。

1.3操作系统问题

压缩和解码可能需要大量的cpu处理

网络协议在最小化延误和抖动的同时，必须支持带宽的要求

2.压缩

多媒体文件从原来的形式压缩到非常小的形式，会占用较小的空间且能更快的传送到客户端。当文件通过网络传送是，压缩显得尤为重要。

一个文件被压缩（编码），必须被解压缩（解码），然后才可以访问。用于压缩的算法特性影响了以后的解压缩。压缩算法被分为有损压缩和无损压缩。通常，有损压缩会提供更高的压缩率。只有图片、音频、视频可以承受有损压缩。

3.多媒体内核的要求

4.cpu调度

5.磁盘调度

6.网络管理

6.1单播和多播

6.2实时流协议