Сетевая операционная система реального времени QNX

В основе собственной сети ОС QNX Neutrino лежит протокол Qnet, который реализуется в виде сети сильносвязанных доверяемых машин. Этот протокол позволяет машинам эффективно обмениваться ресурсами с минимальными накладными расходами. В сети Qnet вы можете пользоваться стандартными утилитами (cp, mv,…), которые будут рассмотрены далее, для управления файлами в любом месте сети, как если бы эти файлы находились на вашей собственной машине. Кроме того, протокол Qnet не выполняет аутентификацию удаленных запросов, так как файлы защищаются обычными правами доступа, применяемыми для пользователей и пользовательских групп. Вы можете не только иметь доступ к файлам, но и запускать или останавливать процессы (в том числе различные администраторы) на любой машине в сети Qnet.

Возможности распределенных вычислений в сети Qnet позволяют эффективно выполнять следующие задачи:

· использовать удаленную файловую систему,

· масштабировать приложения с невероятной легкостью,

· создавать приложения, в которых используется множество процессов, прозрачным образом взаимодействующих между собой посредством механизма обмена сообщениями,

· с легкостью переносить выполнение приложения с одного процессора или симметричной мультипроцессорной машины на несколько однопроцессорных машин, и распределять все процессы между этими процессорами,

· разбивать приложения на несколько процессов, выполняющих разные функции (при этом процессы координируют свою работу с помощью механизма обмена сообщениями),

· использовать собственную службу удаленного вызова процедур сети Qnet.

В простейшем случае локальная вычислительная сеть реализует механизм разделения файлов и внешних устройств между несколькими взаимосвязанными компьютерами. В системе QNX эта концепция получила дальнейшее развитие, в результате чего вся сеть стала представлять собой единый однородный набор ресурсов.

Любой процесс на любой машине сети может использовать любой ресурс любой машины. С точки зрения приложения нет никакой разницы между своим или удаленным ресурсом: приложению не требуется иметь никаких специальных средств для обеспечения доступа к удаленному ресурсу. Фактически программа указывает только специальный код, для того, чтобы система определила, принадлежит ли ресурс, например, файл или устройство, своему компьютеру или другому узлу сети.

Пользователи имеют доступ ко всем файлам сети, могут использовать любое внешнее устройство и запускать приложения на любой машине сети (при условии, что они имеют на это соответствующее полномочие). Соответственно, все процессы могут взаимодействовать между собой по всей сети. Таким образом, механизм передачи сообщений, средствами которого реализован IPC в системе QNX, обеспечивает гибкую и прозрачную сетевую обработку.

Однокомпьютерная модель. Система QNX изначально разрабатывалась как сетевая операционная система. В некоторых аспектах сеть QNX скорее похожа на универсальную вычислительную машину (mainframe), чем на набор микрокомпьютеров. В частности, благодаря большому набору ресурсов, которые могут быть доступны любому приложению. Но в отличие от универсальной машины QNX обеспечивает высокореактивную среду, поскольку любой узел сети может задействовать требуемые ему вычислительные мощности.

Например, управляющие работой устройств ввода/вывода программы, работающие в реальном времени, могут потребовать больше ресурсов, чем другие, менее критичные ко времени, приложения (текстовый процессор). Сеть QNX достаточно реактивна для того, чтобы поддерживать оба типа приложений одновременно: QNX позволяет сконцентрировать вычислительную мощность там, где и когда это необходимо, без ущерба для параллельной обработки данных.

Гибкая сетевая обработка. Сети QNX могут быть объединены на базе различного аппаратного обеспечения и различных протоколов промышленного стандарта. Поскольку эти сети являются совершенно прозрачными для прикладных программ, то новая сетевая архитектура может быть внедрена в любое время без внесения изменений в операционную среду.

Каждому узлу сети QNX присвоен номер, являющийся его идентификатором. Этот номер служит единственным признаком, позволяющим определить, работает ли QNX как сеть или как однопроцессорная ОС.

Такая высокая степень прозрачности является еще одним примером исключительной мощности архитектуры ОС QNX, основанной на передаче сообщений. Во многих операционных системах такие функции, как сетевая обработка, связь между процессами (IPC) или даже передача сообщений, выполняются не ядром, а надстройкой над ОС. В результате получается совершенно неэффективный интерфейс «двойного стандарта», в котором отдельно организована связь между процессами и совершенно иначе - доступ к закрытому монолитному ядру.

В основе системы QNX лежит принцип: эффективная связь - принцип эффективной работы. Таким образом, принцип передачи сообщений является определяющим для архитектуры системы QNX. Именно благодаря ему, обеспечивается эффективная передача всех транзакций между процессами системы, как по внутренней шине компьютера, так и по сети.

Средство построения Real Flex

На базе сетевой операционной системы реального времени QNX построен специализированный пакет программ для построения АСУ ТП с использованием стандартных вычислительных техник. Базовый пакет Real Flex (средство построения) представляет собой весь необходимый набор средств для создания программного обеспечения средств АСУТП. С его помощью реализуется выполнение нескольких функций.

1. Сбор и обработка данных в реальном времени. Real Flex поддерживает несколько типов устройств управления процессами:

· логический программируемый контроллер (PLC);

· одноконтурные контроллеры (SLC);

· удалённые терминальные устройства (TRU);

· разнообразные анализаторы;

· измерительные приборы.

На одном компьютере могут работать до 16 драйверов ввода-вывода, и одновременно с работой драйверов осуществляется обработка данных. Real Flex позволяет определить время сканирования для каждого устройства ввода-вывода. Сканированные и диагностические данные отображаются в виде сводок. Значение данных обновляется при возникновении исключительных ситуаций, а проверка ошибок осуществляется при каждой операции ввода-вывода.

2. Создание и редактирование баз данных (БД).

В системе Real Flex существует таблица базы данных, которая интерактивно расширяется в темпе реального времени.

3. Обработка сообщений.

Процессор Real Flex обеспечивает пять уровней приоритета сигнала:

· прямой доступ к последнему возникшему сигналу;

· индивидуальный или полный запрет сигналов;

· формирование сводок по текущим активным сигналам и их предыстории;

· выбор элементов сигнала (события по заданному критерию), их распечатка по запросу или по заданному расписанию;

· автоматическая посылка запрограммированного управляющего воздействия, соответствующему драйверу ввода-вывода по изменению состояния цифровых точек.

4. Создание диаграмм анализа состояния и конфигурации систем.

В этой части Real Flex поддерживает высокоскоростной анализ состояния системы в реальном времени с учётом предыстории. На одном экране дисплея может быть выведено до восьми диаграмм состояния.

5. Графические построения. Система Real Flex обеспечивает проектирование и конструирование практически любых графических образов.

6. Редактирование символов, в том числе и создание пользователями своих символов.

7. Создание отчетов. Real Flex предусматривает создание и печать отчета в стандартной форме, создание заказного отчета по требованиям заказчика.

В стандартную форму отчета входит:

· сводка коммуникаций;

· сводка активных тревог;

· сводка сигналов событий;

· сводка устройств управления процессами;

· сводка выбранных сигналов событий.

Кроме базового пакета Real Flex существует ряд других программ, например:

· BJScan, обеспечивающей взаимодействие по каналам связи;

· LunFlex, являющейся версией Real Flex для функционирования на узле локальной сети;

· Failever, управляющей горячим резервированием;

· Renflex, обеспечивающей доступ удалённого пользователя к данным реального времени станции Real Flex;

· Temflex, предоставляющей возможность работы с окнами Real Flex удаленному пользователю;

· RealFlex/DDE Bridge, управляющей обменом данными между программами Real Flex и Windows Bridge.

Рис. 2.2. Схема построения пакета Real Flex

Такое модульное построение программной системы позволяет изменять конфигурацию программного обеспечения для использования в конкретных АСУТП, применяемых для управления процессами в различных областях промышленного производства. При этом стоимость модификации модульного программного обеспечения невелика и при модернизации и расширении АСУТП предприятия настройка программного обеспечения под изменившуюся конфигурацию выполняется за короткое время.