多媒体操作系统.pptx

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。
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。
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。
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。
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：
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。
实时系统的性能好坏主要从以下几个方面衡量：
（1）响应时间
主要包括中断响应时间、关联转换时间和任务等待时间
中断响应时间包括中断延迟时间，其大小取决于总线速度、中断屏蔽的 时间长短、中断负载的大小、中断优先级等多种因素。任务等待时间是 指从发送消息的时刻到任务收到消息变为准备并投入运行之间的时间， 包括消息处理时间、核心不可抢占延迟、调度时间和关联转换时间，反 映了系统的开销情况。关联转换时间即上下文切换时间，它取决与任务 关联的数目、任务调度算法、任务现场信息量的大小、CPU速度等诸多 因素。
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。目前，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。
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。 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。
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。 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。
（2）吞吐率
实时系统的吞吐率取决于系统的各个部位，不同的部位具有不同的吞吐 率概念，如CPU、系统总线、外围设备等。提高吞吐率的目的是减少任 务执行时间，增加任务余量。这样留给系统更多的时间，实现松时间约 束，对相同的工作可以更好的完成；或在相同的时间内完成更多的任务。
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。
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ห้องสมุดไป่ตู้重后果）等。
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。