CC BY
70
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Л.И. Вкусило в с кий
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ ДЛЯ ЭВМ КЛАССА РБР-11
1,Введение
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 [l], 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 SRH Computer Systems Inc. (США) и ОС SHAREplus [3] фирмы HAMMONDsoftuare (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.
2. Основные сходства и отличия
ОС ТЭХ-Рив И ОС SHAREplL!S занимают одну " э ко г.о ги-ее к ую нишу" - создают многопользовательскую среду СС ЯТ-11 на ЭВМ класса Р0»-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 РТ—11. Обе ОС запускаются из 1,
но полностью вытесняют ядро Ш-И из ОП. В процессе работы они используют стандартные драйверы и утилиты ОС РТ — 11 и поддерживают файловую структуру ИТ-11.
Обе ОС обеспечивают работу со всеми стандартными периферийными устройствами, поддерживаемыми ОС йТ — 11, и позволяют подключать дополнительные пользовательские терминалы через стандартные средства связи: последовательные асинхронные интерфейсы и мультиплексоры типа 01.(4/), 0Н(У) и ог(у).
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 Кбайт памяти на каждый процесс) .
Принципиальным отличием ОС Т5Х-Р1и5 от ОС 5НАРЕр1и5 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 предоставляет 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 TSX-Plus командах и ключах.
3. Сравнительный анализ возможностей
Обе рассматриваемые операционные системы, сохраняя возможности ХМ-мони-
тора ОС ЯТ-11, предоставляют пользователю дополнительный набор услуг многопроцессных 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 ^ Мбайт) в расширенной памя ти ;
- 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 связи.
Некоторые различия в характеристиках рассматриваемых ОС приведены в табл. 1 .
Таблица 1
SHAREplus TSX-Plus
Страна разработки ФРГ сад
Оирма-производитель HAHHONDsoftware S&H Computer Systems/ Inc.
Номер последней версии 2.0 6,01
Дата выпуска Март 1986 г. Декабрь 1985 г. 1
Требуемый объем ОП (штп/шах) 96/1096 Кбайт 128/U096 Кбайт '
Максимальное число процессов < 70 < ko
Количество приоритетов процессов 31, 2 группы 128, 3 группы
26 24
Режимы управления терминалами 13 16
Количество логических дисков > 6<4 8 на процесс
виртуальный диск \Ж: Встроенный Драйвер
Спулинг устройств 6 8
Число команд монитора U1 юз
Число дополнительных утилит 18 5
Число новых программных запросов (ЕМТ) 1» о 96
Редактор командной строки ЭЬ 8 команд 1 3 команд
Количество запоминаемых строк > 20 строк 3 строки
Й. Генерация ОС БШЕршб и ТБХ-Рию
Важным свойством каждой ОС является удобство генерации системы. По этому показателю ОС Т5Х-Р1из сильно уступает системе ЭНАРЕрСиэ.
Генерация 5НА(?Ер1из более проста и удобна. Настройка ОС на конфигурацию вычислительного комплекса производится просто редактированием стартового командного файла, который выполняется при каждом запуске ОС ЗНАРЕрСиэ. По этой причине запуск ОС 5НАРЕр1из - 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 ТБХ-РЫв 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 Ь основные утилиты ОС ТБХ-РЫв. Даже при хорошем навыке на перегенерацию ОС Т5Х-Р1иэ уходит не менее 10мин. Запуск Т5Х-Р1из происходит всего за несколько секунд.
Чрезвычайно полезным новшеством версии 6.01 ОС ТЭХ-РЬиэ является утилита ТБХМОР, которая позволяет изменить большинство основных параметров ОС без перегенерации, но перезапустить систему все же придется. Тем не менее утилита ТБХМОО не позволяет ни добавить новое устройство в систему, ни даже сменить адрес последовательного интерфейса - для этого необходима полная перегенерация системы.
Основные сведения, относящиеся к процессу генерации обеих ОС, сведены в табл. 2.
Таблица 2
Характеристики ОС БНАРЕр1 ив ТБХ-Р1иэ
Размер дистрибутива системы:
файлов 6*» 117
блоков 2000 2*400
Минимальный рабочий набор без
драйверов:
файлов 6 Ц
блоков ^50 900
Полная документация на систему. •
кни г/страниц ^/5 ^ 0 3/610
Документация, описывающая гене-
рацию , стр . 18 1»6
Время на генерацию системы, мин. 1-15 1 0-1»0
Средняя продолжительность за-
пуска системы, сек. 30 5
5, Сравнение производительности ОС на системе тестоЕ
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 Т5Х-Р1из 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 Т5Х-Р1из,вероятно, будет требовать меньших накладных расходов на планирование процессов. При анализе данных из следующих таблиц следует также учитывать, что для проведения сравнительного анализа ОС ТБХ-РЫэ 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 КТ-11 версии 5-2 для Б.)- 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 ЯТ — 11 . В самом правом столбце следующих таблиц приводится показатель превосходства ЭНАЯЕр!.^ над Т5Х-Р1из. Этот показатель вычислялся как разность времени выполнения тестовых задач в сравниваемых ОС, отнесенная ко времени выполнения этой задачи под ХМ-монитором РТ-11. Он выражен в процентах, знак плюс соответствует превосходству ОС ЗНАКЕр1и5.
При разработке большинства тестов авторы старались сделать их адекватными тестам, описанным в работе [*)] , в которой проводилось аналогичное сравнение ОС Р5Х-11М версии ^.1 с ОС Т5Х-Р1и8 версии 5-'. Тест СР111 представляет собой
В табл. 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);
вычислительную задачу без в вода/вывода, обеспечивающую загрузку ЦП. Тест СР112 -это вычислительная задача удвоенного объема. Тест ТТ011Т осуществляет вывод на терминал 30000 символов со скоростью 9600 бод. Тест ТТ^Р производит ввод информации с терминала, постоянный темп ввода обеспечивается использованием свойства автоответа на терминале типа VТ200 (на посылку управляющего символа АСК терминал отвечает стандартным сообщением длиной 20 байт). В тестовой задаче КЕ0 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 VТ200 . Тесты выполнялись на ЭВМ 151-11/23 с 256 Кбайт ОП и дисками
тог.
Полученные результаты приведены в табл. 3, время прохождения задач указано в секундах.
- операции вывода на терминал, печати и копирования Файлов;
- операции, входящие в цикл разработки программы:редактирование исходного текста, ассемблирование и компиляция, компоновка объектных модулей.
Таблица 3
1 Краткое описание тестовой задачи|ЯТ/5и RT/XM _ SHAREpluS TSX-Plus | П
Одно задание CPU 1 66 80 81 87 + 7,5
Одно задание CPU2 131 159 160 1 73 + 8,2
Смесь заданий CPU1 + CPU2 157 239 1 62/2*42 1 73/26 1 + 13,8
Одно задание TT0UT (30000 сим-
волов) 31» 37 3^ 37 + 8,1
Смесь CPU2 + TT0UT 1 00 117 176/35 216/150 + 25 . 2
Время ЦП на вывод 1 символа
(мсек) 0,53 1 .из
Одно задание TTINP (ввод
11»51»0 символов) 30 39 3** . 56 + 56,
Смесь CPU1 + TTINP 96 119 118/66 1 *» 1 / 5 7 + 28,8
Время ЦП на ввод 1 символа
(мсек) 2,5 3,7
Одно задание DISK (2000 блоков) 12,0 12,2 13,0 + 5,5
Смесь С Р U1 + DISK 78,0 9<t,5 8^/13,0 92/1^,7 + 10,0
время ЦП на пересылку 1 блока
(мсек) 1 .5 2,5
Одно задание KED 30 U9 52 + 6,1
Смесь CPU1 + KED 96 129 127/95 135/122 + 10,0
Таблица 4
Команда Краткое описание RT/SJ ■ RT/XM 1 j SHAREplus 1 j TSX-Plus %%
DIR/BRI Краткий каталог 1000 фай- 15 16 16 17 + 6,3
лов
DIR/FUL Полный каталог 1000 фай- 35 36 36 37 + 2,8
лов
TYPE Вывод файла из 30000 сим- 38 ы 00 35 35 0
волов
PRINT Печать файла со спулин- 40 40 40 40 0
гом
COPY Копирование файла в 12,0 14,5 12,2 13,0 + 5,5
2000 блоков
KED Редактирование файла, 30 49 49 52 + 6,1
250 блоков
MACRO Ассемблирование, 31 блок 27 44 32 32 0
PASCAL Компиляция с Паскаля, 60 60 60 60 0
10 блоков
LINK Компоновка объектных 50 50 50 50 0
модулей
б, 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 Ю:);
- спулинг медленных периферийных устройств;
- кэширование файлов и каталогов;
- псевдодиск в расширенной памяти (устройство УМ:);
- работа с РЬАБ-областями. Обе ОС оказались в целом сравнимыми по эффективности этих услуг.
7, Субъективные впечатления от работы с исследованными ОС
В процессе эксплуатации обеих систе) авторы составили свое субъективное мнение об удобстве работы с той и другой ОС. Эти впечатления представлены в табл. 5.
Таблица 5
Понра вилось
Не понравилось
- Эй хранит много предыдуаих команд
- простая процедура генерации 5НА1гЕр1из - множество новых утилит
- динамическая загрузка драйверов
- трассировка выполнения программных запросов
эамита Файлов от несанкционированного доступа
долгий запуск системы *Тме-с кол ь ко десятков сек.)
не вполне строгая эмуляция ИТ-11
TSX-Plus
дополнительные удобства редактирования в 51
множество способов управления терминалом (программно)
защита Файлов от несанкционированного доступа
строгая эмуляция РТ-11
прозрачная линия СЬ:
множество новых программных запросов
средства построения гистограмм выполнения программы
трудоемкая и длительная генерация системы
необходимость генерации системы в случае перекон-Фигурации комплекса
8, Рекомендации по применению ОС ЯиЮЕри« и ТБХ-Ршб
Проведенные исследования показывают, что ОС 5НАРЕр1иэ является наиболее предпочтительной в таких областях применения, где требуется наиболее быстрая реакция на внешние события. ОС 8НАРЕр1из 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 5.1- и ХМ-драйверов, что необходимо для некоторых нестандартных внешних устройств. 5НА1?Ер1из незаменима на пере-
ходном этапе от ОС RT-11 к ОС VMS для супер-мини-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.
Литература
1. Березный А.Е., Брусиловский Л.И., Отливанчик Е.А. и др. Проект системы автоматизации проектирования, создания, исследования
и применения элементов плоской оптики (версия 1). В сб.: Компьютерная оптика, вып. 2. Автоматизация проектирования и технологии. М., МЦНТИ, 1 987.
2. TSX-Plus, documentation. S8H Computer Systems, Inc.
3. SHAREp lus, documentation. HA!4M0NDsof t wa re .
U. Y a r d I e y J.P., P e g I e r K.A. RSX-11M vs. TSX-Plus. THE DEC PROFESSIONAL, vol. 4, num. 11, November 1985, pp. 88-100.
