第11章 多媒体操作系统
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第11章
多媒体操作系统
多媒体的应用需求逐渐从单机延伸到互联网， 从非实时方式发展到实时方式，因而操作系统 也逐渐沿着适合这种应用的方向发展。在不同 的应用环境、应用方式下需要有相应的多媒体 操作系统的支持，因而多媒体操作系统是多媒 体技术中的中流砥柱。在多媒体应用迅速火热 的局面下，无论是桌面式、嵌入式、还是分布 式的多媒体应用中，多媒体操作系统技术面临 的新的核心问题是围绕着多流、同步、时限、 以及基于QoS的管理，要研究如何采用适当的 策略和算法去调度、去满足多媒体应用任务。 本章将针对这些概念介绍多媒体应用对操作系 统的要求、多媒体操作系统应具备的核心功能、 和支持连续媒体应用的有关策略。
根据以上这些特性，实时调度中广泛采用了基 于优先级的抢占调度算法。该算法可以使正在 执行的任务出让资源，去满足一个高优先级的 任务的执行。同时对具有动态优先级的任务， 可以根据任务的某些因素在运行时调整进程的 优先权。
常用的算法还有截止期最早最优先（Earliest Deadline First，EDF），最关键任务优先算 法（Most Critical First，MCF）、关键性和 时限优先算法（Criticalness and Deadline First，CDF）、最小余量优先算法（Most Laxity First，MLF）、最低松弛度优先(LLF) 算法等。
分时系统具有较好的交互式功能，同时 可为多用户和多任务提供服务，它将 CPU的运行时间分割成微小时间片，依 次轮流为各个程序提供服务，并能及时 响应用户的输入请求。但是分时时间片 的长短以及主机系统的配置将系统的性 能有较大的影响，对时间响应上有特殊 要求的应用是难以满足的。
实时系统是因为多媒体应用在时间的特 殊要求而形成的。由于在多媒体系统中 大量地使用了基于时间的连续性媒体， 而连续性媒体数据的组织和表现严格地 受限于所规定的时间，这就需要有能够 提供及时服务的实时系统。所以，实时 系统首先要满足时间的响应，然后再考 虑支持多个用户和多个任务。目wk.baidu.com，实 时系统显得相当重要，下面我们将对进 一步了解实时系统的系统特征。
11.1.2 实时系统的特征
实时系统是指系统能及时响应输入，并 能按需提供无延迟的输出处理。实时系 统可以分为实时控制系统和实时信息系 统。实时控制系统可用于生产过程中的 自动控制，也可以用于监测制导性控制。 实时信息系统通常指实时信息处理系统。
实时系统继承了分时系统的交互性和 多用户功能，并在满足任务时限的基 础完成任务，它主要包括如下特征：
11.1 操作系统概述
操作系统是计算机软硬件资源的控制管 理中心，它主要任务是合理组织和调用 软硬件资源，以完成用户提交的作业。 随着市场需求的不断提高以及计算机、 网络、多媒体、通讯技术的不断发展， 操作系统经历了一系列开发和变革。
11.1.1 操作系统的分类
操作系统有很多种类，并具有不同的特 征。从不同的角度可以将操作系统分成 不同的类型。根据计算机体系结构可分 为单机、多机、网络和分布式操作系统。 根据操作系统工作的角度可分为单用户、 批处理、分时和实时系统。由于多媒体 的引入，因而产生了多媒体操作系统和 多媒体网络操作系统。
从操作系统工作的角度来看，单用户、批处理、 分时操作系统的工作重点都是围绕着系统资源 的利用率而展开的。
在单用户操作系统下，用户必须初始化所有硬 件设备，并将操作系统的核心部分常驻留在系 统的主存储器中，为运行应用程序提供装入、 解释和控制。
为了减少用户作业建立和打断的时间，于是提 出批处理系统的概念，由计算机按顺序自动批 处理指令。批处理系统虽然提高了资源的利用 率，但作业处理的平均周转时间较长，且用户 交互能力较弱等。
4. 多路性。实时控制系统应能提供多用户 的服务。并具有现场多路采集、处理和控制 执行机构的功能。
实时系统的调度包括CPU、资源、输入和输出、 通信和任务各个方面，正确把握基于时间上的 调度问题就是实时系统所要解决的关键问题。 由于实时任务具有时限性、抢占性、周期性、 优先性、重要性、组合性等多种特征，因而在 创建任务调度的算法时必须考虑这些因素。
根据不同的使用规模，多媒体操作系统可分 为单机、互联式和分布式
单机多媒体操作系统
单机多媒体操作系统是指支持非网络环境中 的MPC的操作系统，例如，Windows95以后的 操作系统就属于多媒体操作系统。Windows XP操作系统更是从系统级上支持多媒体功能， 其DVD支持技术、内置的DirectX多媒体驱动、 与操作系统无缝连接的光盘刻录与擦写技术 等，给用户提供了更加丰富多彩的交互式多 媒体环境。
在任务与时限的关系中，涉及的概念包括：任 务时限、任务执行时间、任务时限余量（任务 执行时间与任务时限之差）、紧任务时限、松 任务时限、强实时（超时将无可用性）、弱实 时（超时将影响可用性）、关键任务时限（超 时将引起严重后果）等。
其中任务时限是指执行某任务时的可用时间， 也称为时限粒度。任务时限和任务时限余量之 间存在着一定的关系，较小的任务时限必定导 致较小的时限余量。但较大的任务时限也可能 导致较小的时限余量，因为任务的执行时间取 决于具体算法的复杂程度。也就是说，不同复 杂的算法决定了任务的时限余量。
1. 及时与时限性。主要反映在对用户的响 应时间要求上，以满足控制对象所能接受的 时间延迟，它可以是秒级、毫秒或微秒级。
2. 交互性。根据不同的应用对象和应用要 求，实时系统能提供便捷的交互方式。
3. 安全可靠性。实时控制系统必须考虑系 统的容错机制，避免导致灾难性后果。实时 信息系统，应向用户提供及时、有效、完整 和可用的信息。
当任务的某些特征模糊不确定或不可预测时， 一些常用的调度算法不再适用。可以使用不精 确调度算法（Imprecise Computing，IC）或 模糊反馈控制实时调度算法。
11.1.3 多媒体操作系统的类型
多媒体操作系统支持多媒体的实时应用，其 首要任务是调度一切可利用的资源完成实时 控制任务，其次要提高计算机系统的使用效 率。多媒体实时任务主要包括：任务管理、 任务间同步和通信、存储器优化管理、实时 时钟服务、中断管理服务。实时操作系统具 有规模小，中断被屏蔽的时间很短，中断处 理时间短，任务切换很快等特点。
多媒体操作系统
多媒体的应用需求逐渐从单机延伸到互联网， 从非实时方式发展到实时方式，因而操作系统 也逐渐沿着适合这种应用的方向发展。在不同 的应用环境、应用方式下需要有相应的多媒体 操作系统的支持，因而多媒体操作系统是多媒 体技术中的中流砥柱。在多媒体应用迅速火热 的局面下，无论是桌面式、嵌入式、还是分布 式的多媒体应用中，多媒体操作系统技术面临 的新的核心问题是围绕着多流、同步、时限、 以及基于QoS的管理，要研究如何采用适当的 策略和算法去调度、去满足多媒体应用任务。 本章将针对这些概念介绍多媒体应用对操作系 统的要求、多媒体操作系统应具备的核心功能、 和支持连续媒体应用的有关策略。
根据以上这些特性，实时调度中广泛采用了基 于优先级的抢占调度算法。该算法可以使正在 执行的任务出让资源，去满足一个高优先级的 任务的执行。同时对具有动态优先级的任务， 可以根据任务的某些因素在运行时调整进程的 优先权。
常用的算法还有截止期最早最优先（Earliest Deadline First，EDF），最关键任务优先算 法（Most Critical First，MCF）、关键性和 时限优先算法（Criticalness and Deadline First，CDF）、最小余量优先算法（Most Laxity First，MLF）、最低松弛度优先(LLF) 算法等。
分时系统具有较好的交互式功能，同时 可为多用户和多任务提供服务，它将 CPU的运行时间分割成微小时间片，依 次轮流为各个程序提供服务，并能及时 响应用户的输入请求。但是分时时间片 的长短以及主机系统的配置将系统的性 能有较大的影响，对时间响应上有特殊 要求的应用是难以满足的。
实时系统是因为多媒体应用在时间的特 殊要求而形成的。由于在多媒体系统中 大量地使用了基于时间的连续性媒体， 而连续性媒体数据的组织和表现严格地 受限于所规定的时间，这就需要有能够 提供及时服务的实时系统。所以，实时 系统首先要满足时间的响应，然后再考 虑支持多个用户和多个任务。目wk.baidu.com，实 时系统显得相当重要，下面我们将对进 一步了解实时系统的系统特征。
11.1.2 实时系统的特征
实时系统是指系统能及时响应输入，并 能按需提供无延迟的输出处理。实时系 统可以分为实时控制系统和实时信息系 统。实时控制系统可用于生产过程中的 自动控制，也可以用于监测制导性控制。 实时信息系统通常指实时信息处理系统。
实时系统继承了分时系统的交互性和 多用户功能，并在满足任务时限的基 础完成任务，它主要包括如下特征：
11.1 操作系统概述
操作系统是计算机软硬件资源的控制管 理中心，它主要任务是合理组织和调用 软硬件资源，以完成用户提交的作业。 随着市场需求的不断提高以及计算机、 网络、多媒体、通讯技术的不断发展， 操作系统经历了一系列开发和变革。
11.1.1 操作系统的分类
操作系统有很多种类，并具有不同的特 征。从不同的角度可以将操作系统分成 不同的类型。根据计算机体系结构可分 为单机、多机、网络和分布式操作系统。 根据操作系统工作的角度可分为单用户、 批处理、分时和实时系统。由于多媒体 的引入，因而产生了多媒体操作系统和 多媒体网络操作系统。
从操作系统工作的角度来看，单用户、批处理、 分时操作系统的工作重点都是围绕着系统资源 的利用率而展开的。
在单用户操作系统下，用户必须初始化所有硬 件设备，并将操作系统的核心部分常驻留在系 统的主存储器中，为运行应用程序提供装入、 解释和控制。
为了减少用户作业建立和打断的时间，于是提 出批处理系统的概念，由计算机按顺序自动批 处理指令。批处理系统虽然提高了资源的利用 率，但作业处理的平均周转时间较长，且用户 交互能力较弱等。
4. 多路性。实时控制系统应能提供多用户 的服务。并具有现场多路采集、处理和控制 执行机构的功能。
实时系统的调度包括CPU、资源、输入和输出、 通信和任务各个方面，正确把握基于时间上的 调度问题就是实时系统所要解决的关键问题。 由于实时任务具有时限性、抢占性、周期性、 优先性、重要性、组合性等多种特征，因而在 创建任务调度的算法时必须考虑这些因素。
根据不同的使用规模，多媒体操作系统可分 为单机、互联式和分布式
单机多媒体操作系统
单机多媒体操作系统是指支持非网络环境中 的MPC的操作系统，例如，Windows95以后的 操作系统就属于多媒体操作系统。Windows XP操作系统更是从系统级上支持多媒体功能， 其DVD支持技术、内置的DirectX多媒体驱动、 与操作系统无缝连接的光盘刻录与擦写技术 等，给用户提供了更加丰富多彩的交互式多 媒体环境。
在任务与时限的关系中，涉及的概念包括：任 务时限、任务执行时间、任务时限余量（任务 执行时间与任务时限之差）、紧任务时限、松 任务时限、强实时（超时将无可用性）、弱实 时（超时将影响可用性）、关键任务时限（超 时将引起严重后果）等。
其中任务时限是指执行某任务时的可用时间， 也称为时限粒度。任务时限和任务时限余量之 间存在着一定的关系，较小的任务时限必定导 致较小的时限余量。但较大的任务时限也可能 导致较小的时限余量，因为任务的执行时间取 决于具体算法的复杂程度。也就是说，不同复 杂的算法决定了任务的时限余量。
1. 及时与时限性。主要反映在对用户的响 应时间要求上，以满足控制对象所能接受的 时间延迟，它可以是秒级、毫秒或微秒级。
2. 交互性。根据不同的应用对象和应用要 求，实时系统能提供便捷的交互方式。
3. 安全可靠性。实时控制系统必须考虑系 统的容错机制，避免导致灾难性后果。实时 信息系统，应向用户提供及时、有效、完整 和可用的信息。
当任务的某些特征模糊不确定或不可预测时， 一些常用的调度算法不再适用。可以使用不精 确调度算法（Imprecise Computing，IC）或 模糊反馈控制实时调度算法。
11.1.3 多媒体操作系统的类型
多媒体操作系统支持多媒体的实时应用，其 首要任务是调度一切可利用的资源完成实时 控制任务，其次要提高计算机系统的使用效 率。多媒体实时任务主要包括：任务管理、 任务间同步和通信、存储器优化管理、实时 时钟服务、中断管理服务。实时操作系统具 有规模小，中断被屏蔽的时间很短，中断处 理时间短，任务切换很快等特点。