第11章 多媒體操作系統(tǒng)

1、第11章多媒體操作系統(tǒng) 多媒體的應用需求逐漸從單機延伸到互聯網，多媒體的應用需求逐漸從單機延伸到互聯網，從非實時方式發(fā)展到實時方式，因而操作系統(tǒng)從非實時方式發(fā)展到實時方式，因而操作系統(tǒng)也逐漸沿著適合這種應用的方向發(fā)展。在不同也逐漸沿著適合這種應用的方向發(fā)展。在不同的應用環(huán)境、應用方式下需要有相應的多媒體的應用環(huán)境、應用方式下需要有相應的多媒體操作系統(tǒng)的支持，因而多媒體操作系統(tǒng)是多媒操作系統(tǒng)的支持，因而多媒體操作系統(tǒng)是多媒體技術中的中流砥柱。在多媒體應用迅速火熱體技術中的中流砥柱。在多媒體應用迅速火熱的局面下，無論是桌面式、嵌入式、還是分布的局面下，無論是桌面式、嵌入式、還是分布式的多媒體應用中

2、，多媒體操作系統(tǒng)技術面臨式的多媒體應用中，多媒體操作系統(tǒng)技術面臨的新的核心問題是圍繞著多流、同步、時限、的新的核心問題是圍繞著多流、同步、時限、以及基于以及基于QoSQoS的管理，要研究如何采用適當的的管理，要研究如何采用適當的策略和算法去調度、去滿足多媒體應用任務。策略和算法去調度、去滿足多媒體應用任務。本章將針對這些概念介紹多媒體應用對操作系本章將針對這些概念介紹多媒體應用對操作系統(tǒng)的要求、多媒體操作系統(tǒng)應具備的核心功能、統(tǒng)的要求、多媒體操作系統(tǒng)應具備的核心功能、和支持連續(xù)媒體應用的有關策略和支持連續(xù)媒體應用的有關策略。11.1 11.1 操作系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)是計算機軟硬件資源

3、的控制管操作系統(tǒng)是計算機軟硬件資源的控制管理中心，它主要任務是合理組織和調用理中心，它主要任務是合理組織和調用軟硬件資源，以完成用戶提交的作業(yè)。軟硬件資源，以完成用戶提交的作業(yè)。隨著市場需求的不斷提高以及計算機、隨著市場需求的不斷提高以及計算機、網絡、多媒體、通訊技術的不斷發(fā)展，網絡、多媒體、通訊技術的不斷發(fā)展，操作系統(tǒng)經歷了一系列開發(fā)和變革。操作系統(tǒng)經歷了一系列開發(fā)和變革。11.1.1 11.1.1 操作系統(tǒng)的分類操作系統(tǒng)的分類操作系統(tǒng)有很多種類，并具有不同的特操作系統(tǒng)有很多種類，并具有不同的特征。從不同的角度可以將操作系統(tǒng)分成征。從不同的角度可以將操作系統(tǒng)分成不同的類型。不同的類型。根據計

4、算機體系結構根據計算機體系結構可分可分為單機、多機、網絡和分布式操作系統(tǒng)。為單機、多機、網絡和分布式操作系統(tǒng)。根據操作系統(tǒng)工作的角度根據操作系統(tǒng)工作的角度可分為單用戶、可分為單用戶、批處理、分時和實時系統(tǒng)。由于多媒體批處理、分時和實時系統(tǒng)。由于多媒體的引入，因而產生了多媒體操作系統(tǒng)和的引入，因而產生了多媒體操作系統(tǒng)和多媒體網絡操作系統(tǒng)。多媒體網絡操作系統(tǒng)。從操作系統(tǒng)工作的角度來看，單用戶、批處理、從操作系統(tǒng)工作的角度來看，單用戶、批處理、分時操作系統(tǒng)的工作重點都是圍繞著系統(tǒng)資源分時操作系統(tǒng)的工作重點都是圍繞著系統(tǒng)資源的利用率而展開的。的利用率而展開的。在單用戶操作系統(tǒng)下，用戶必須初始化所有硬在

5、單用戶操作系統(tǒng)下，用戶必須初始化所有硬件設備，并將操作系統(tǒng)的核心部分常駐留在系件設備，并將操作系統(tǒng)的核心部分常駐留在系統(tǒng)的主存儲器中，為運行應用程序提供裝入、統(tǒng)的主存儲器中，為運行應用程序提供裝入、解釋和控制。解釋和控制。為了減少用戶作業(yè)建立和打斷的時間，于是提為了減少用戶作業(yè)建立和打斷的時間，于是提出批處理系統(tǒng)的概念，由計算機按順序自動批出批處理系統(tǒng)的概念，由計算機按順序自動批處理指令。批處理系統(tǒng)雖然提高了資源的利用處理指令。批處理系統(tǒng)雖然提高了資源的利用率，但作業(yè)處理的平均周轉時間較長，且用戶率，但作業(yè)處理的平均周轉時間較長，且用戶交互能力較弱等。交互能力較弱等。分時系統(tǒng)分時系統(tǒng)具有較好的

6、交互式功能，同時具有較好的交互式功能，同時可為多用戶和多任務提供服務，它將可為多用戶和多任務提供服務，它將CPUCPU的運行時間分割成微小時間片，依的運行時間分割成微小時間片，依次輪流為各個程序提供服務，并能及時次輪流為各個程序提供服務，并能及時響應用戶的輸入請求。但是分時時間片響應用戶的輸入請求。但是分時時間片的長短以及主機系統(tǒng)的配置將系統(tǒng)的性的長短以及主機系統(tǒng)的配置將系統(tǒng)的性能有較大的影響，對時間響應上有特殊能有較大的影響，對時間響應上有特殊要求的應用是難以滿足的。要求的應用是難以滿足的。實時系統(tǒng)實時系統(tǒng)是因為多媒體應用在時間的特是因為多媒體應用在時間的特殊要求而形成的。由于在多媒體系統(tǒng)中

7、殊要求而形成的。由于在多媒體系統(tǒng)中大量地使用了基于時間的連續(xù)性媒體，大量地使用了基于時間的連續(xù)性媒體，而連續(xù)性媒體數據的組織和表現嚴格地而連續(xù)性媒體數據的組織和表現嚴格地受限于所規(guī)定的時間，這就需要有能夠受限于所規(guī)定的時間，這就需要有能夠提供及時服務的實時系統(tǒng)。所以，實時提供及時服務的實時系統(tǒng)。所以，實時系統(tǒng)首先要滿足時間的響應，然后再考系統(tǒng)首先要滿足時間的響應，然后再考慮支持多個用戶和多個任務。慮支持多個用戶和多個任務。目前，實目前，實時系統(tǒng)顯得相當重要，下面我們將對進時系統(tǒng)顯得相當重要，下面我們將對進一步了解實時系統(tǒng)的系統(tǒng)特征。一步了解實時系統(tǒng)的系統(tǒng)特征。11.1.2 11.1.2 實時系

8、統(tǒng)的特征實時系統(tǒng)的特征實時系統(tǒng)實時系統(tǒng)是指系統(tǒng)能及時響應輸入，并是指系統(tǒng)能及時響應輸入，并能按需提供無延遲的輸出處理。實時系能按需提供無延遲的輸出處理。實時系統(tǒng)可以分為實時控制系統(tǒng)和實時信息系統(tǒng)可以分為實時控制系統(tǒng)和實時信息系統(tǒng)。實時控制系統(tǒng)可用于生產過程中的統(tǒng)。實時控制系統(tǒng)可用于生產過程中的自動控制，也可以用于監(jiān)測制導性控制。自動控制，也可以用于監(jiān)測制導性控制。實時信息系統(tǒng)通常指實時信息處理系統(tǒng)。實時信息系統(tǒng)通常指實時信息處理系統(tǒng)。實時系統(tǒng)繼承了分時系統(tǒng)的交互性和實時系統(tǒng)繼承了分時系統(tǒng)的交互性和多用戶功能，并在滿足任務時限的基多用戶功能，并在滿足任務時限的基礎完成任務，它主要包括如下礎完成任

9、務，它主要包括如下特征特征： 1. 1. 及時與時限性及時與時限性。主要反映在對用戶的響。主要反映在對用戶的響應時間要求上，以滿足控制對象所能接受的應時間要求上，以滿足控制對象所能接受的時間延遲，它可以是秒級、毫秒或微秒級。時間延遲，它可以是秒級、毫秒或微秒級。2. 2. 交互性交互性。根據不同的應用對象和應用要。根據不同的應用對象和應用要求，實時系統(tǒng)能提供便捷的交互方式。求，實時系統(tǒng)能提供便捷的交互方式。3. 3. 安全可靠性。安全可靠性。實時控制系統(tǒng)必須考慮系實時控制系統(tǒng)必須考慮系統(tǒng)的容錯機制，避免導致災難性后果。實時統(tǒng)的容錯機制，避免導致災難性后果。實時信息系統(tǒng)，應向用戶提供及時、有效、

10、完整信息系統(tǒng)，應向用戶提供及時、有效、完整和可用的信息。和可用的信息。4. 4. 多路性多路性。實時控制系統(tǒng)應能提供多用戶。實時控制系統(tǒng)應能提供多用戶的服務。并具有現場多路采集、處理和控制的服務。并具有現場多路采集、處理和控制執(zhí)行機構的功能。執(zhí)行機構的功能。 實時系統(tǒng)的調度包括實時系統(tǒng)的調度包括CPUCPU、資源、輸入和輸出、資源、輸入和輸出、通信和任務各個方面，正確把握基于時間上的通信和任務各個方面，正確把握基于時間上的調度問題就是實時系統(tǒng)所要解決的關鍵問題。調度問題就是實時系統(tǒng)所要解決的關鍵問題。由于實時任務具有時限性、搶占性、周期性、由于實時任務具有時限性、搶占性、周期性、優(yōu)先性、重要性

11、、組合性等多種特征，因而在優(yōu)先性、重要性、組合性等多種特征，因而在創(chuàng)建任務調度的算法時必須考慮這些因素。創(chuàng)建任務調度的算法時必須考慮這些因素。在任務與時限的關系中，涉及的概念包括：任在任務與時限的關系中，涉及的概念包括：任務時限、任務執(zhí)行時間、任務時限余量（任務務時限、任務執(zhí)行時間、任務時限余量（任務執(zhí)行時間與任務時限之差）、緊任務時限、松執(zhí)行時間與任務時限之差）、緊任務時限、松任務時限、強實時（超時將無可用性）、弱實任務時限、強實時（超時將無可用性）、弱實時（超時將影響可用性）、關鍵任務時限（超時（超時將影響可用性）、關鍵任務時限（超時將引起嚴重后果）等。時將引起嚴重后果）等。其中任務時限是

12、指執(zhí)行某任務時的可用時間，其中任務時限是指執(zhí)行某任務時的可用時間，也稱為時限粒度。任務時限和任務時限余量之也稱為時限粒度。任務時限和任務時限余量之間存在著一定的關系，較小的任務時限必定導間存在著一定的關系，較小的任務時限必定導致較小的時限余量。但較大的任務時限也可能致較小的時限余量。但較大的任務時限也可能導致較小的時限余量，因為任務的執(zhí)行時間取導致較小的時限余量，因為任務的執(zhí)行時間取決于具體算法的復雜程度。也就是說，不同復決于具體算法的復雜程度。也就是說，不同復雜的算法決定了任務的時限余量。雜的算法決定了任務的時限余量。根據以上這些特性，實時調度中廣泛采用了基根據以上這些特性，實時調度中廣泛采

13、用了基于優(yōu)先級的搶占調度算法。該算法可以使正在于優(yōu)先級的搶占調度算法。該算法可以使正在執(zhí)行的任務出讓資源，去滿足一個高優(yōu)先級的執(zhí)行的任務出讓資源，去滿足一個高優(yōu)先級的任務的執(zhí)行。同時對具有動態(tài)優(yōu)先級的任務，任務的執(zhí)行。同時對具有動態(tài)優(yōu)先級的任務，可以根據任務的某些因素在運行時調整進程的可以根據任務的某些因素在運行時調整進程的優(yōu)先權。優(yōu)先權。常用的算法還有截止期最早最優(yōu)先（常用的算法還有截止期最早最優(yōu)先（Earliest Earliest Deadline FirstDeadline First，EDFEDF），），最關鍵任務優(yōu)先算最關鍵任務優(yōu)先算法（法（Most Critical FirstM

14、ost Critical First，MCFMCF）、）、關鍵性和關鍵性和時限優(yōu)先算法（時限優(yōu)先算法（Criticalness and Deadline Criticalness and Deadline FirstFirst，CDFCDF）、）、最小余量優(yōu)先算法（最小余量優(yōu)先算法（Most Most Laxity FirstLaxity First，MLFMLF）、）、最低松弛度優(yōu)先最低松弛度優(yōu)先( (LLF)LLF)算法等。算法等。當任務的某些特征模糊不確定或不可預測時，當任務的某些特征模糊不確定或不可預測時，一些常用的調度算法不再適用?？梢允褂貌痪恍┏Ｓ玫恼{度算法不再適用?？梢允褂貌痪?/p>

15、確調度算法（確調度算法（Imprecise ComputingImprecise Computing，ICIC）或或模糊反饋控制實時調度算法。模糊反饋控制實時調度算法。11.1.3 11.1.3 多媒體操作系統(tǒng)的類型多媒體操作系統(tǒng)的類型多媒體操作系統(tǒng)多媒體操作系統(tǒng)支持多媒體的實時應用，其支持多媒體的實時應用，其首要任務是調度一切可利用的資源完成實時首要任務是調度一切可利用的資源完成實時控制任務，其次要提高計算機系統(tǒng)的使用效控制任務，其次要提高計算機系統(tǒng)的使用效率。率。多媒體實時任務主要包括多媒體實時任務主要包括：任務管理、：任務管理、任務間同步和通信、存儲器優(yōu)化管理、實時任務間同步和通信、存儲

16、器優(yōu)化管理、實時時鐘服務、中斷管理服務。實時操作系統(tǒng)具時鐘服務、中斷管理服務。實時操作系統(tǒng)具有規(guī)模小，中斷被屏蔽的時間很短，中斷處有規(guī)模小，中斷被屏蔽的時間很短，中斷處理時間短，任務切換很快等特點。理時間短，任務切換很快等特點。根據不同的使用規(guī)模，多媒體操作系統(tǒng)可分根據不同的使用規(guī)模，多媒體操作系統(tǒng)可分為單機、互聯式和分布式為單機、互聯式和分布式 單機多媒體操作系統(tǒng)單機多媒體操作系統(tǒng)單機多媒體操作系統(tǒng)單機多媒體操作系統(tǒng)是指支持非網絡環(huán)境中是指支持非網絡環(huán)境中的的MPCMPC的操作系統(tǒng)，例如，的操作系統(tǒng)，例如，Windows95Windows95以后的以后的操作系統(tǒng)就屬于多媒體操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)

17、就屬于多媒體操作系統(tǒng)。Windows Windows XPXP操作系統(tǒng)更是從系統(tǒng)級上支持多媒體功能，操作系統(tǒng)更是從系統(tǒng)級上支持多媒體功能，其其DVDDVD支持技術、內置的支持技術、內置的DirectXDirectX多媒體驅動、多媒體驅動、與操作系統(tǒng)無縫連接的光盤刻錄與擦寫技術與操作系統(tǒng)無縫連接的光盤刻錄與擦寫技術等，給用戶提供了更加豐富多彩的交互式多等，給用戶提供了更加豐富多彩的交互式多媒體環(huán)境。媒體環(huán)境。互聯式多媒體操作系統(tǒng)互聯式多媒體操作系統(tǒng)與單機操作系統(tǒng)不同的是，與單機操作系統(tǒng)不同的是，互聯式多媒體操互聯式多媒體操作系統(tǒng)作系統(tǒng)面對的是多臺計算機或多個局域網系面對的是多臺計算機或多個局域網

18、系統(tǒng)，它要支持多機之間的資源共享、用戶操統(tǒng)，它要支持多機之間的資源共享、用戶操作協(xié)調和與多機操作的交互。作協(xié)調和與多機操作的交互。網絡操作系統(tǒng)網絡操作系統(tǒng)可以構架于不同的操作系統(tǒng)之可以構架于不同的操作系統(tǒng)之上，也就是說它網絡中所連接的計算機可以上，也就是說它網絡中所連接的計算機可以被裝有不同的操作系統(tǒng)，通過網絡協(xié)議實現被裝有不同的操作系統(tǒng)，通過網絡協(xié)議實現網絡資源的統(tǒng)一配置，在較大的范圍內構成網絡資源的統(tǒng)一配置，在較大的范圍內構成互聯式網絡操作系統(tǒng)?；ヂ撌骄W絡操作系統(tǒng)。在互聯式網絡操作系統(tǒng)中，對網絡資在互聯式網絡操作系統(tǒng)中，對網絡資源的訪問需要指明資源位置與資源類源的訪問需要指明資源位置與資源

19、類型。對于有實時要求的的任務，多媒型。對于有實時要求的的任務，多媒體操作系統(tǒng)不僅要根據用戶的請求準體操作系統(tǒng)不僅要根據用戶的請求準確地完成信息的發(fā)送、傳遞和接收的確地完成信息的發(fā)送、傳遞和接收的全過程，而且要保證實時性多媒體信全過程，而且要保證實時性多媒體信息處理的各種要求。息處理的各種要求。分布式多媒體操作系統(tǒng)分布式多媒體操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)是指有大量的計算是指有大量的計算機通過網絡被連接在一起，可以獲機通過網絡被連接在一起，可以獲得極高的運算能力及廣泛的數據共得極高的運算能力及廣泛的數據共享。分布式操作系統(tǒng)有如下享。分布式操作系統(tǒng)有如下特征特征：1 1、統(tǒng)一性統(tǒng)一性。它是一

20、個統(tǒng)一的操作系統(tǒng)。它是一個統(tǒng)一的操作系統(tǒng)。2 2、共享性共享性。分布式系統(tǒng)中所有的資源是可共。分布式系統(tǒng)中所有的資源是可共享的。享的。3 3、透明性透明性。透明性是指用戶并沒有感覺到分。透明性是指用戶并沒有感覺到分布式系統(tǒng)上有多臺計算機在運行。布式系統(tǒng)上有多臺計算機在運行。4 4、獨立性獨立性。處于分布式系統(tǒng)的多個主機在物。處于分布式系統(tǒng)的多個主機在物理上是獨立的。理上是獨立的。5 5、低成本低成本。分布式系統(tǒng)中的計算機不需要。分布式系統(tǒng)中的計算機不需要具備特別高的性能。具備特別高的性能。6 6、可靠性可靠性。由于有多個獨立的。由于有多個獨立的CPUCPU系統(tǒng)，因系統(tǒng)，因此個別此個別CPUCP

21、U的故障高不影響系統(tǒng)性能。的故障高不影響系統(tǒng)性能。與網絡操作系統(tǒng)的主要與網絡操作系統(tǒng)的主要區(qū)別區(qū)別是，分布式操作是，分布式操作系統(tǒng)比較強調單一性，使用同一種操作系統(tǒng)，系統(tǒng)比較強調單一性，使用同一種操作系統(tǒng)，即使用同一種管理與訪問方式。即使用同一種管理與訪問方式。11.2 11.2 多媒體操作系統(tǒng)的核多媒體操作系統(tǒng)的核心和重要功能心和重要功能多媒體操作系統(tǒng)不僅要管理軟、硬件資源，多媒體操作系統(tǒng)不僅要管理軟、硬件資源，還需要滿足多媒體數據處理的需要，提供一還需要滿足多媒體數據處理的需要，提供一種高效、實時的運行環(huán)境。多媒體處理中要種高效、實時的運行環(huán)境。多媒體處理中要解決的主要問題包括中斷等待、實

22、時調度、解決的主要問題包括中斷等待、實時調度、時限和恢復管理處理和基于時限和恢復管理處理和基于QoSQoS的資源管理。的資源管理。為了解決這些主要的問題，必須開發(fā)新的多為了解決這些主要的問題，必須開發(fā)新的多媒體操作系統(tǒng)的體系結構。媒體操作系統(tǒng)的體系結構。11.2.1 11.2.1 操作系統(tǒng)的體系結構操作系統(tǒng)的體系結構傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)的工作是基于多個進程傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)的工作是基于多個進程下的資源管理、設備控制等。這些系統(tǒng)下的資源管理、設備控制等。這些系統(tǒng)并不具有對時間的復雜控制和維護特定并不具有對時間的復雜控制和維護特定的機制，也沒有提供系統(tǒng)短暫過載時進的機制，也沒有提供系統(tǒng)短暫過載時進行保護和管

23、理的模式。系統(tǒng)常常無法應行保護和管理的模式。系統(tǒng)常常無法應對一些不可預見的延遲和抖動，也不能對一些不可預見的延遲和抖動，也不能保證對時間有嚴格要求的多媒體信息的保證對時間有嚴格要求的多媒體信息的同步，所以并不適合于連續(xù)媒體應用的同步，所以并不適合于連續(xù)媒體應用的實時服務。實時服務。為了適合于實時多媒體的應用，有必要為了適合于實時多媒體的應用，有必要開發(fā)設計新的多媒體操作系統(tǒng)。目前，開發(fā)設計新的多媒體操作系統(tǒng)。目前，多媒體操作系統(tǒng)有兩種開發(fā)模式，即擴多媒體操作系統(tǒng)有兩種開發(fā)模式，即擴充傳統(tǒng)操作系統(tǒng)和重新設計的微內核體充傳統(tǒng)操作系統(tǒng)和重新設計的微內核體系結構。無論采用哪種方式，多媒體操系結構。無論

24、采用哪種方式，多媒體操作系統(tǒng)都必須至少提供滿足多媒體信息作系統(tǒng)都必須至少提供滿足多媒體信息處理要求的處理要求的CPUCPU管理、存儲器管理、管理、存儲器管理、I/OI/O管理和文件系統(tǒng)管理功能。管理和文件系統(tǒng)管理功能。分層式操作系統(tǒng)分層式操作系統(tǒng)傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)是分層式的，傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)是分層式的，如圖如圖11-111-1（左）（左）所示，它的內核由若干層組成，所示，它的內核由若干層組成，內核集中提供各種功能，整個內核顯得內核集中提供各種功能，整個內核顯得非常龐大。多媒體的應用需要系統(tǒng)支持非常龐大。多媒體的應用需要系統(tǒng)支持請求、預定資源和同步處理，也就是要請求、預定資源和同步處理，也就是要對內核

25、進行適當的修改使得能提供可預對內核進行適當的修改使得能提供可預測的性能。測的性能。例如，例如，SUNSUN公司為了提供適當的多媒體公司為了提供適當的多媒體資源管理，開發(fā)了一種時間驅動資源管資源管理，開發(fā)了一種時間驅動資源管理理TDRMTDRM（Time Driven Resource Time Driven Resource ManagementManagement）機制，就是允許一個應用機制，就是允許一個應用向系統(tǒng)提出資源請求的機制。應用的資向系統(tǒng)提出資源請求的機制。應用的資源請求可包括應用所需的資源、質量、源請求可包括應用所需的資源、質量、最后期限、優(yōu)先級等參數，而系統(tǒng)只是最后期限、優(yōu)先級

26、等參數，而系統(tǒng)只是按照申請盡可能地分配可用資源，并可按照申請盡可能地分配可用資源，并可告知必要的信息。告知必要的信息。圖圖11-1 11-1 分層內核（左）和微內核（右）分層內核（左）和微內核（右）微內核（微內核（micro-kernelmicro-kernel）操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)是新結構下的操作系統(tǒng)，它保留傳統(tǒng)操是新結構下的操作系統(tǒng)，它保留傳統(tǒng)操作系統(tǒng)界面，采用微內核為核心，為模作系統(tǒng)界面，采用微內核為核心，為模塊化擴展提供基礎。微內核的基本原理塊化擴展提供基礎。微內核的基本原理是，只有最基本的操作系統(tǒng)功能才能放是，只有最基本的操作系統(tǒng)功能才能放在內核中。不是最基本的服務和應用程在內核中。不是

27、最基本的服務和應用程序在微內核之上構造，并在用戶模式下序在微內核之上構造，并在用戶模式下執(zhí)行。微內核中只包含線程和任務管理、執(zhí)行。微內核中只包含線程和任務管理、IPCIPC管理、存儲對象管理、虛擬內存服務、管理、存儲對象管理、虛擬內存服務、I/OI/O管理和中斷處理等內容。管理和中斷處理等內容。 而在微內核外去完成文件管理、進程管而在微內核外去完成文件管理、進程管理、設備驅動程序、虛存管理程序、窗理、設備驅動程序、虛存管理程序、窗口系統(tǒng)和安全服務。用戶可以通過微內口系統(tǒng)和安全服務。用戶可以通過微內核接口函數提出服務申請，微內核的服核接口函數提出服務申請，微內核的服務器便可向用戶提供內核的功能服

28、務。務器便可向用戶提供內核的功能服務。內核體系結構內核體系結構如圖如圖11-111-1（右）（右）所示，微所示，微內核結構用一個水平分層的結構代替了內核結構用一個水平分層的結構代替了傳統(tǒng)的縱向分層的結構。在微內核外部傳統(tǒng)的縱向分層的結構。在微內核外部的操作系統(tǒng)部件被當作服務器進程實現。的操作系統(tǒng)部件被當作服務器進程實現。微內核體系結構的優(yōu)點微內核體系結構的優(yōu)點一致接口一致接口：微內核設計為進程請求提供一致接：微內核設計為進程請求提供一致接口?？??？蓴U展性可擴展性：允許增加新的服務以及在同一個功：允許增加新的服務以及在同一個功能區(qū)域中提供多個服務。能區(qū)域中提供多個服務。靈活性靈活性：與可擴展性相

29、關，不僅可以在操作系：與可擴展性相關，不僅可以在操作系統(tǒng)中增加新功能，還可以刪除現有的功能。統(tǒng)中增加新功能，還可以刪除現有的功能?？梢浦残钥梢浦残裕核谢虼蟛糠痔幚砥鲗Ｓ么a都：所有或大部分處理器專用代碼都在微內核中，移植時只需很少的變化。在微內核中，移植時只需很少的變化。可靠性可靠性：少量的應用程序編程接口，為內核：少量的應用程序編程接口，為內核外部的操作系統(tǒng)服務產生高質量的代碼。外部的操作系統(tǒng)服務產生高質量的代碼。分布系統(tǒng)支持分布系統(tǒng)支持：微內核有助于分布式系統(tǒng)支：微內核有助于分布式系統(tǒng)支持，包括分布式操作系統(tǒng)控制的集群。持，包括分布式操作系統(tǒng)控制的集群。對面向對象操作系統(tǒng)的支持對面向對象

30、操作系統(tǒng)的支持: : 微內核結構也微內核結構也適用面向對象操作系統(tǒng)環(huán)境。適用面向對象操作系統(tǒng)環(huán)境。微內核上的操作系統(tǒng)的服微內核上的操作系統(tǒng)的服務模式務模式在微內核體系結構下，可以根據連在微內核體系結構下，可以根據連續(xù)媒體的特殊需要安排上層操作系續(xù)媒體的特殊需要安排上層操作系統(tǒng)，服務模式的實現有以下幾種統(tǒng)，服務模式的實現有以下幾種方方法法：庫例程服務模式庫例程服務模式：上層操作系統(tǒng)作為實用庫：上層操作系統(tǒng)作為實用庫例程，當用戶程序調用庫例程時，由庫例程例程，當用戶程序調用庫例程時，由庫例程去調用微內核功能。實用庫可以提供包括中去調用微內核功能。實用庫可以提供包括中斷處理、計時器、消息登錄、斷處理

31、、計時器、消息登錄、 內存分配、線內存分配、線緩沖等例程。緩沖等例程。 服務器服務模式服務器服務模式：上層操作系統(tǒng)作為服務器，：上層操作系統(tǒng)作為服務器，用戶程序直接向服務器提出申請。用戶程序直接向服務器提出申請。微內核的功能模式微內核的功能模式：上層操作系統(tǒng)作為微內：上層操作系統(tǒng)作為微內核的一個功能，一般就是微內核的接口函數。核的一個功能，一般就是微內核的接口函數。11.2.2 11.2.2 中斷等待中斷等待在連續(xù)媒體應用中，常常由于多任務的同時執(zhí)在連續(xù)媒體應用中，常常由于多任務的同時執(zhí)行而引起中斷等待。中斷等待時間越短，系統(tǒng)行而引起中斷等待。中斷等待時間越短，系統(tǒng)的性能就越好。的性能就越好。

32、大量的中斷等待將不能很好地支持實時活動。大量的中斷等待將不能很好地支持實時活動。例如，處理一個連續(xù)的例如，處理一個連續(xù)的MIDIMIDI音樂媒體流，會產音樂媒體流，會產生十分頻繁的中斷請求發(fā)向操作系統(tǒng)內核，這生十分頻繁的中斷請求發(fā)向操作系統(tǒng)內核，這時將產生大量的上下文切換時間。如果操作系時將產生大量的上下文切換時間。如果操作系統(tǒng)內核難以應付這么高事件流的需求，將會產統(tǒng)內核難以應付這么高事件流的需求，將會產生許多中斷延時，從而影響生許多中斷延時，從而影響QoSQoS。實時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)分為可搶占性和不可搶占性。分為可搶占性和不可搶占性。不可搶占型實時操作系統(tǒng)中，其實時性取決不可搶占型實時操

33、作系統(tǒng)中，其實時性取決于最長任務的執(zhí)行時間。當前運行的任務擁于最長任務的執(zhí)行時間。當前運行的任務擁有有CPUCPU的控制權，實時任務的到來必須通過某的控制權，實時任務的到來必須通過某種算法并等待當前任務交出種算法并等待當前任務交出CPUCPU的控制權，然的控制權，然后直到它主動歸還后直到它主動歸還CPUCPU控制權。中斷由中斷服控制權。中斷由中斷服務程序來處理，當激活一個休眠狀態(tài)任務并務程序來處理，當激活一個休眠狀態(tài)任務并使之緒態(tài)時，該任務也必須等到當前運行的使之緒態(tài)時，該任務也必須等到當前運行的任務主動交出任務主動交出CPUCPU的控制權后才能運行。的控制權后才能運行?？蓳屨夹蛯崟r操作系統(tǒng)可

34、搶占型實時操作系統(tǒng)是基于任務優(yōu)先級的，是基于任務優(yōu)先級的，內核可以搶占正在運行任務的內核可以搶占正在運行任務的CPUCPU使用權，并使用權，并將使用權交給進入就緒態(tài)的優(yōu)先級更高的任務，將使用權交給進入就緒態(tài)的優(yōu)先級更高的任務，也就是說，由于較高優(yōu)先級任務的到來，正在也就是說，由于較高優(yōu)先級任務的到來，正在運行中的其他任務都可被中斷?？蓳屨夹蛯崟r運行中的其他任務都可被中斷?？蓳屨夹蛯崟r操作系統(tǒng)的實時性好，但是，必須合理處理好操作系統(tǒng)的實時性好，但是，必須合理處理好搶占方式，否則也會導致系統(tǒng)崩潰。搶占方式，否則也會導致系統(tǒng)崩潰。降低操作系統(tǒng)中斷等待的關鍵策略是可搶占性降低操作系統(tǒng)中斷等待的關鍵策略

35、是可搶占性處理。對于目前現存的內核，可行的修改方案處理。對于目前現存的內核，可行的修改方案是增加一個安全搶占點的集合，也可以將現存是增加一個安全搶占點的集合，也可以將現存的內核轉化為運行微內核上的一個用戶程序。的內核轉化為運行微內核上的一個用戶程序。但最好的辦法是重新設計內核的內部結構，使但最好的辦法是重新設計內核的內部結構，使允許按任務的優(yōu)先級搶占執(zhí)行任務。允許按任務的優(yōu)先級搶占執(zhí)行任務。11.2.3 11.2.3 實時調度實時調度當多個實時的或非實時程序共享同一個當多個實時的或非實時程序共享同一個資源時，一般多線程操作系統(tǒng)使用同步資源時，一般多線程操作系統(tǒng)使用同步目標來作為強迫線程同步的多

36、線程核心。目標來作為強迫線程同步的多線程核心。但是可能會引起不可控制的優(yōu)先權倒置。但是可能會引起不可控制的優(yōu)先權倒置。這種優(yōu)先權倒置現象是由服務器的非搶這種優(yōu)先權倒置現象是由服務器的非搶占特性引起的，由此常導致不可預見的占特性引起的，由此常導致不可預見的延遲和抖動問題的發(fā)生。延遲和抖動問題的發(fā)生。CPU CPU 的實時處理的實時處理多媒體調度同時要面向非實時處理和實時處理多媒體調度同時要面向非實時處理和實時處理兩個方面，當有實時進程出現時，不能影響正兩個方面，當有實時進程出現時，不能影響正在處理之中的非實時處理，同時又要允許實時在處理之中的非實時處理，同時又要允許實時進程剝奪非實時進程等低優(yōu)先

37、級實時進程。進程剝奪非實時進程等低優(yōu)先級實時進程。CPUCPU可以通過高效實時調度進行實時處理，實可以通過高效實時調度進行實時處理，實時調度器以滿足任務的最后期限來進行調度。時調度器以滿足任務的最后期限來進行調度。對于連續(xù)媒體環(huán)境下的最后期限可以是可接受對于連續(xù)媒體環(huán)境下的最后期限可以是可接受的每幀回放時間。的每幀回放時間。各種實時操作系統(tǒng)的實時調度算法可以分為三各種實時操作系統(tǒng)的實時調度算法可以分為三種類別：基于優(yōu)先級的調度算法（種類別：基于優(yōu)先級的調度算法（Priority-Priority-driven scheduling-PDdriven scheduling-PD）、）、基于基于C

38、PUCPU使用比例使用比例的共享式的調度算法（的共享式的調度算法（Share-driven Share-driven scheduling-SDscheduling-SD）、）、以及基于時間的進程調度以及基于時間的進程調度算法（算法（Time-driven scheduling-TDTime-driven scheduling-TD）。）。基于優(yōu)先級的調度算法基于優(yōu)先級的調度算法基于優(yōu)先級的調度算法給每個進程分基于優(yōu)先級的調度算法給每個進程分配一個優(yōu)先級，在每次進程調度時，配一個優(yōu)先級，在每次進程調度時，調度器總是調度那個具有最高優(yōu)先級調度器總是調度那個具有最高優(yōu)先級的任務來執(zhí)行。根據不同的優(yōu)

39、先級分的任務來執(zhí)行。根據不同的優(yōu)先級分配方法，基于優(yōu)先級的調度算法可以配方法，基于優(yōu)先級的調度算法可以分為類型靜態(tài)或動態(tài)兩種：分為類型靜態(tài)或動態(tài)兩種：靜態(tài)優(yōu)先級調度靜態(tài)優(yōu)先級調度算法中，為所有進程都靜態(tài)地算法中，為所有進程都靜態(tài)地分配一個優(yōu)先級。靜態(tài)優(yōu)先級的分配可以根據分配一個優(yōu)先級。靜態(tài)優(yōu)先級的分配可以根據應用任務的的屬性來進行。例如應用任務的的屬性來進行。例如RMRM（Rate-Rate-MonotonicMonotonic）調度算法是根據任務的執(zhí)行周期調度算法是根據任務的執(zhí)行周期的長短來決定調度優(yōu)先級，那些具有小的執(zhí)行的長短來決定調度優(yōu)先級，那些具有小的執(zhí)行周期的任務具有較高的優(yōu)先級。周

40、期的任務具有較高的優(yōu)先級。 動態(tài)優(yōu)先級調度動態(tài)優(yōu)先級調度算法中，根據任務的資源需求算法中，根據任務的資源需求來動態(tài)地分配任務的優(yōu)先級。在實時調度算法來動態(tài)地分配任務的優(yōu)先級。在實時調度算法中，中，EDFEDF算法給就緒隊列中的各個任務根據它算法給就緒隊列中的各個任務根據它們的截止期限來分配優(yōu)先級，具有最近的截止們的截止期限來分配優(yōu)先級，具有最近的截止期限的任務具有最高的優(yōu)先級。期限的任務具有最高的優(yōu)先級?；诒壤蚕碚{度算法基于比例共享調度算法基于優(yōu)先級的調度算法基于優(yōu)先級的調度算法提供的是一種硬實時的提供的是一種硬實時的調度，對于軟實時應用，使用比例共享式的資調度，對于軟實時應用，使用比例共

41、享式的資源調度算法（源調度算法（SDSD算法）更為適合。比例共享調算法）更為適合。比例共享調度算法指基于度算法指基于CPUCPU使用比例的共享式的調度算使用比例的共享式的調度算法，它按照一定的權重對一組需要調度的任務法，它按照一定的權重對一組需要調度的任務進行調度，使它們的執(zhí)行時間與它們的權重完進行調度，使它們的執(zhí)行時間與它們的權重完全成正比。但是它沒有優(yōu)先級的概念，當系統(tǒng)全成正比。但是它沒有優(yōu)先級的概念，當系統(tǒng)處于過載狀態(tài)時，所有的任務的執(zhí)行都會按比處于過載狀態(tài)時，所有的任務的執(zhí)行都會按比例地變慢，這將影響實時進程。例地變慢，這將影響實時進程。 實現比例共享調度的算法有兩種：可以調節(jié)各實現比

42、例共享調度的算法有兩種：可以調節(jié)各個就緒進程出現在調度隊列隊首的頻率，并調個就緒進程出現在調度隊列隊首的頻率，并調度隊首的進程執(zhí)行。或者逐次調度就緒隊列中度隊首的進程執(zhí)行。或者逐次調度就緒隊列中的各個進程投入運行，但根據分配的權重調節(jié)的各個進程投入運行，但根據分配的權重調節(jié)分配個每個進程的運行時間片。分配個每個進程的運行時間片?；跁r間的進程調度算法基于時間的進程調度算法對于具有穩(wěn)定、已知輸入的簡單系統(tǒng)，如很對于具有穩(wěn)定、已知輸入的簡單系統(tǒng)，如很小的嵌入式系統(tǒng)、自控系統(tǒng)、傳感器等應用小的嵌入式系統(tǒng)、自控系統(tǒng)、傳感器等應用系統(tǒng)，可以使用時間驅動（系統(tǒng)，可以使用時間驅動（Time-driven:T

43、DTime-driven:TD）的調度算法，它能夠為數據處理提供很好的的調度算法，它能夠為數據處理提供很好的預測性。實際上屬于靜態(tài)調度方法，在系統(tǒng)預測性。實際上屬于靜態(tài)調度方法，在系統(tǒng)的設計階段，在明確系統(tǒng)中所有的處理情況的設計階段，在明確系統(tǒng)中所有的處理情況下，對于各個任務的開始、切換、以及結束下，對于各個任務的開始、切換、以及結束時間等都事先做出明確的安排和設計。時間等都事先做出明確的安排和設計。11.2.4 11.2.4 時限和恢復管理時限和恢復管理許多具有強實時性的多媒體應用，要求許多具有強實時性的多媒體應用，要求在規(guī)定時間內完成其處理，同時，所處在規(guī)定時間內完成其處理，同時，所處理的

44、數據也往往是理的數據也往往是“短暫短暫”的，即有一的，即有一定的有效時間，過時則有新的數據產生。定的有效時間，過時則有新的數據產生。實時事務中有多種定時限制，其中最典實時事務中有多種定時限制，其中最典型的是事務截止期。型的是事務截止期。很多連續(xù)媒體應用程序具有內在的很多連續(xù)媒體應用程序具有內在的“軟軟”時限。時限。例如，在視頻會議系統(tǒng)中，即使大多數視頻圖例如，在視頻會議系統(tǒng)中，即使大多數視頻圖像都沒能夠按時處理完畢，也不影響會議繼續(xù)像都沒能夠按時處理完畢，也不影響會議繼續(xù)的進行。然而，錯過時限的提示信號對應用來的進行。然而，錯過時限的提示信號對應用來說是相當重要的信息?；谶@些信息，應用可說是

45、相當重要的信息?；谶@些信息，應用可以要求改變服務質量以要求改變服務質量QoSQoS的級別。的級別。由于實時事務難以接受時間的延遲及其不確定由于實時事務難以接受時間的延遲及其不確定性，因而多媒體操作系統(tǒng)的內存緩沖區(qū)的管理性，因而多媒體操作系統(tǒng)的內存緩沖區(qū)的管理就顯得更為重要。如何及時分配所需緩沖區(qū)、就顯得更為重要。如何及時分配所需緩沖區(qū)、如何讓高優(yōu)先級事務搶占緩沖區(qū)成為主要目標。如何讓高優(yōu)先級事務搶占緩沖區(qū)成為主要目標。各種因素都可能導致各種因素都可能導致QoSQoS的下降，當程序由于的下降，當程序由于過載、硬件或軟件錯誤而錯過時限時，用戶過載、硬件或軟件錯誤而錯過時限時，用戶程序應能夠決定相

46、應的應付措施，也就是實程序應能夠決定相應的應付措施，也就是實時恢復機制。但是數據的可恢復性也并非一時恢復機制。但是數據的可恢復性也并非一致的，有的事務可以在一定的時限內要求重致的，有的事務可以在一定的時限內要求重發(fā)，而有的事務則可能要用發(fā)，而有的事務則可能要用“補償補償”、“替替代代”事務。為了保證實時限制的滿足，恢復事務。為了保證實時限制的滿足，恢復也不一定是一致和絕對正確的。也不一定是一致和絕對正確的。同時，恢復過程也將影響處于活躍狀態(tài)的事同時，恢復過程也將影響處于活躍狀態(tài)的事務，使有的事務超過截止期，這對硬實時事務，使有的事務超過截止期，這對硬實時事務是不能接受的。因此，必須開發(fā)新的恢復

47、務是不能接受的。因此，必須開發(fā)新的恢復技術與機制，應考慮到時間與資源兩者的可技術與機制，應考慮到時間與資源兩者的可用性，以確定最佳恢復時機與策略，而不致用性，以確定最佳恢復時機與策略，而不致于影響事務實時性的滿足。于影響事務實時性的滿足。然而在多道程序設計環(huán)境中，必須把調整優(yōu)然而在多道程序設計環(huán)境中，必須把調整優(yōu)先權等事物外的操作作為一個原子級操作，先權等事物外的操作作為一個原子級操作，這樣可保證恢復任務不能被搶占。這樣可保證恢復任務不能被搶占。 10.2.5 10.2.5 QoS QoS 管理管理隨著數字視頻、音頻等連續(xù)媒體的網絡隨著數字視頻、音頻等連續(xù)媒體的網絡應用，對實時服務質量應用，對

48、實時服務質量QoSQoS支持的要求也支持的要求也不斷提高。在不同的應用中，用戶對不斷提高。在不同的應用中，用戶對QoSQoS的要求也不完全相同。多媒體網絡操作的要求也不完全相同。多媒體網絡操作系統(tǒng)必須具有增強的管理功能，使得能系統(tǒng)必須具有增強的管理功能，使得能夠支持更為靈活、更為動態(tài)的夠支持更為靈活、更為動態(tài)的QoSQoS選擇，選擇，從而使用戶可以對傳送連接進行適當的從而使用戶可以對傳送連接進行適當的剪裁以滿足自己的特定需要。剪裁以滿足自己的特定需要。在建立端到端的連接時，用戶應能量化和表達在建立端到端的連接時，用戶應能量化和表達對有關對有關QoSQoS參數的希望值、可接受值和不可接受參數的希

49、望值、可接受值和不可接受值。通信雙方必須就這些參數進行協(xié)商，以保值。通信雙方必須就這些參數進行協(xié)商，以保證這些證這些QoSQoS參數值在連接持續(xù)期內得到滿足。通參數值在連接持續(xù)期內得到滿足。通信過程中，即使違背了事先協(xié)商的信過程中，即使違背了事先協(xié)商的QoSQoS值時，操值時，操作系統(tǒng)應能提供一定的指示信息。作系統(tǒng)應能提供一定的指示信息。對對連續(xù)媒體應用的連續(xù)媒體應用的QoSQoS管理管理可以分成可以分成兩種兩種控制?？刂颇Ｊ剑红o態(tài)的和動態(tài)的。靜態(tài)控制模式是指通信式：靜態(tài)的和動態(tài)的。靜態(tài)控制模式是指通信前，由用戶指定一個前，由用戶指定一個QoSQoS的級，并在整個連接生的級，并在整個連接生存期

50、間都維護這個指定的級。而動態(tài)控制模式存期間都維護這個指定的級。而動態(tài)控制模式則允許用戶在整個連接生存期間調整初始的則允許用戶在整個連接生存期間調整初始的QoSQoS值。而修改值。而修改QoSQoS級的依據有級的依據有2 2種，可以根據系統(tǒng)種，可以根據系統(tǒng)可用資源進行調整，或者根據任務的需要來調可用資源進行調整，或者根據任務的需要來調整。整。11.3 11.3 支持連續(xù)媒體應用支持連續(xù)媒體應用的有關策略的有關策略目前，對連續(xù)媒體的支持還缺乏一個全目前，對連續(xù)媒體的支持還缺乏一個全面的規(guī)劃的軟件標準和操作系統(tǒng)所支持面的規(guī)劃的軟件標準和操作系統(tǒng)所支持的公共功能。如果要開發(fā)一個適合于多的公共功能。如果

51、要開發(fā)一個適合于多媒體處理的操作系統(tǒng)，它應該對連續(xù)媒媒體處理的操作系統(tǒng)，它應該對連續(xù)媒體應用的支持可以分為三個方面：對資體應用的支持可以分為三個方面：對資源管理的支持、對程序設計的支持和對源管理的支持、對程序設計的支持和對文件系統(tǒng)的支持。文件系統(tǒng)的支持。11.3.111.3.1支持連續(xù)媒體的資源支持連續(xù)媒體的資源管理管理 為了支持連續(xù)媒體，應該采取新的資源為了支持連續(xù)媒體，應該采取新的資源管理模式來提供必須的系統(tǒng)資源，以滿管理模式來提供必須的系統(tǒng)資源，以滿足一定的應用請求級，從而避免出現那足一定的應用請求級，從而避免出現那些不可預見的延遲和抖動。些不可預見的延遲和抖動?；诨赒oSQoS的資

52、源控制的資源控制在連續(xù)媒體中，可以參數形式描述其時間特性在連續(xù)媒體中，可以參數形式描述其時間特性和空間特性。雖然和空間特性。雖然QoSQoS參數大多數依賴于應用的，參數大多數依賴于應用的，但應用系統(tǒng)一般都能提供多種可選的但應用系統(tǒng)一般都能提供多種可選的QoSQoS級，讓級，讓用戶選擇適合于自己的資源環(huán)境下工作的用戶選擇適合于自己的資源環(huán)境下工作的QoSQoS級，級，而操作系統(tǒng)必須能基于而操作系統(tǒng)必須能基于QoSQoS級對資源進行管理。級對資源進行管理。無論用戶的請求是靜態(tài)的還是動態(tài)的，系統(tǒng)都無論用戶的請求是靜態(tài)的還是動態(tài)的，系統(tǒng)都必須對用戶所請求的級作出反映，當系統(tǒng)資源必須對用戶所請求的級作出

53、反映，當系統(tǒng)資源能夠滿足用戶申請的能夠滿足用戶申請的QoSQoS級時，系統(tǒng)才會接受用級時，系統(tǒng)才會接受用戶的請求并提供所需的系統(tǒng)資源。當資源不足戶的請求并提供所需的系統(tǒng)資源。當資源不足時，系統(tǒng)將通過會話過程和用戶進行協(xié)商，降時，系統(tǒng)將通過會話過程和用戶進行協(xié)商，降低低QoSQoS的級，以減少對資源的需求。的級，以減少對資源的需求。存儲器管理存儲器管理存儲器管理要為任務進程分配存儲器資存儲器管理要為任務進程分配存儲器資源。對于連續(xù)媒體數據而言，通常都具源。對于連續(xù)媒體數據而言，通常都具有數據交換量大和嚴格的定時需求。傳有數據交換量大和嚴格的定時需求。傳統(tǒng)的虛擬內存采用請求頁式調度，在虛統(tǒng)的虛擬內

54、存采用請求頁式調度，在虛存和主存之間進行換頁交換可能要花費存和主存之間進行換頁交換可能要花費許多的時間，缺頁還將延長這段交換時許多的時間，缺頁還將延長這段交換時間，從而可能影響實時進程。間，從而可能影響實時進程。如果不采用虛擬內存，可以在進程執(zhí)行期間如果不采用虛擬內存，可以在進程執(zhí)行期間將連續(xù)媒體數據鎖在存儲器中，但是可能影將連續(xù)媒體數據鎖在存儲器中，但是可能影響資源利用率。另一種基于響資源利用率。另一種基于QoSQoS的方法中，的方法中，可以利用連續(xù)媒體數據的周期性及時預調數可以利用連續(xù)媒體數據的周期性及時預調數據。據。其他比較重要的實用實現技術包括散布緩沖其他比較重要的實用實現技術包括散布

55、緩沖區(qū)法或傳遞指針法，它們都有效地提高空間區(qū)法或傳遞指針法，它們都有效地提高空間使用效率。使用效率。散布緩沖區(qū)法散布緩沖區(qū)法，就可以將進程地，就可以將進程地址空間裝入可能不連續(xù)的存儲器區(qū)域。址空間裝入可能不連續(xù)的存儲器區(qū)域。指針指針傳遞法傳遞法就是通過引用傳遞對象，而不拷貝或就是通過引用傳遞對象，而不拷貝或移動對象本身。移動對象本身。 實時實時I/OI/O管理管理實時實時I/OI/O子系統(tǒng)的主要子系統(tǒng)的主要功能功能是在主存儲器和外是在主存儲器和外部設備之間傳送多媒體數據，它的中心任務就部設備之間傳送多媒體數據，它的中心任務就是設備管理、中斷延時與實時傳輸。是設備管理、中斷延時與實時傳輸。設備管

56、理為所有硬件構件的控制與管理提供統(tǒng)設備管理為所有硬件構件的控制與管理提供統(tǒng)一界面，通過將物理設備映射成抽象的設備驅一界面，通過將物理設備映射成抽象的設備驅動器。多媒體應用中，特別是實時連續(xù)媒體幀動器。多媒體應用中，特別是實時連續(xù)媒體幀的輸入和輸出，必定需要大量的的輸入和輸出，必定需要大量的I/OI/O操作，由操作，由此頻繁地中斷內核，從而降低系統(tǒng)吞吐率并影此頻繁地中斷內核，從而降低系統(tǒng)吞吐率并影響響QoSQoS。 而保證單流的連續(xù)性和多相關流之間的同步的而保證單流的連續(xù)性和多相關流之間的同步的關鍵所在就是關鍵所在就是I/OI/O的實時功能。要提高的實時功能。要提高I/OI/O的實的實時功能，可

57、以通過改變內核結構以使之具有搶時功能，可以通過改變內核結構以使之具有搶占性、內核中增加安全搶占點集合、或將當前占性、內核中增加安全搶占點集合、或將當前內核轉換成可在微內核上運行用戶程序。內核轉換成可在微內核上運行用戶程序。如今，網絡帶寬超過已經超過了如今，網絡帶寬超過已經超過了1 1GbpsGbps，而使而使I/OI/O總線成為了制約系統(tǒng)總體性能的瓶頸。由總線成為了制約系統(tǒng)總體性能的瓶頸。由此可能導致總線的爭用，因此解決此可能導致總線的爭用，因此解決I/OI/O總線已總線已成為急待解決的中心問題。成為急待解決的中心問題。11.3.2 11.3.2 連續(xù)媒體的程序支持連續(xù)媒體的程序支持實時線程實

58、時線程 RealtimeThreadRealtimeThread在通用的非實時系統(tǒng)中，線程不具備的實時特性，在通用的非實時系統(tǒng)中，線程不具備的實時特性，它們只能處于初始態(tài)、就緒態(tài)、非就緒態(tài)、或退它們只能處于初始態(tài)、就緒態(tài)、非就緒態(tài)、或退出態(tài)之一。實時線程具有普通線程所有的特性和出態(tài)之一。實時線程具有普通線程所有的特性和功能，但增加了更多的細致的控制能力，最重要功能，但增加了更多的細致的控制能力，最重要的就是資源的搶占和優(yōu)先級的關系。實時線程可的就是資源的搶占和優(yōu)先級的關系。實時線程可以設定優(yōu)先級，高優(yōu)先級的線程可以安排在低優(yōu)以設定優(yōu)先級，高優(yōu)先級的線程可以安排在低優(yōu)先級線程之前完成。一個應用程

59、序可以通過使用先級線程之前完成。一個應用程序可以通過使用線程中的方法線程中的方法setPrioritysetPriority( (intint) )，來設置線程來設置線程的優(yōu)先級大小。的優(yōu)先級大小。時限管理時限管理實時任務實時任務不僅要求完成每一項工作，并且要按不僅要求完成每一項工作，并且要按照給定的時限去完成。在時限管理中，能滿足照給定的時限去完成。在時限管理中，能滿足時限要求的有效策略就是可搶占性管理。所謂時限要求的有效策略就是可搶占性管理。所謂可搶占性管理可搶占性管理，是指調度進程是建立在進程的，是指調度進程是建立在進程的優(yōu)先級別上的。在調度優(yōu)先級中，正確計時是優(yōu)先級別上的。在調度優(yōu)先級

60、中，正確計時是相當重要的。但是在絕大多數調度策略中，運相當重要的。但是在絕大多數調度策略中，運行時間是一個很難獲得的值，如果調度進程已行時間是一個很難獲得的值，如果調度進程已經獲得了事務處理時間的相關信息，而這些信經獲得了事務處理時間的相關信息，而這些信息又可以用來檢測出哪些是最接近時限的事務，息又可以用來檢測出哪些是最接近時限的事務，那么就可以賦予這些事務更高的優(yōu)先權，或者那么就可以賦予這些事務更高的優(yōu)先權，或者將那些不會超時的事務掛起。將那些不會超時的事務掛起。但是，如果發(fā)生計時錯誤，事實上將改變線程但是，如果發(fā)生計時錯誤，事實上將改變線程的優(yōu)先級，從而導致不可預測的后果，尤其對的優(yōu)先級，