Hệ thống điều khiển phân tán - chương 7

Hệ thống điều khiển phân tán - chương 7

© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 1Chương 1Hệ thống ₫iềukhiểnphân tán13.09.06Chương 7: Xử lý thờigianthựcvà xử lý phân tán 2© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 7: Xử lý thờigianthựcvàxử lý phân tán© 2005 - HMSChương 7: Nội dung7.1 Khái niệm“thờigianthực”7.2 Hệđiều hành thờigianthực7.3 Khái niệm“xử lý phân tán”7.4 Các kiếntrúcxử lý phân tán7.5 Các cơ chế giao tiếp trong hệ phân tán 3© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 7: Xử lý thờigianthựcvàxử lý phân tán© 2005 - HMS Xử lý thời gian thực là nguyên lý làm việc cơ bản của mỗi bộ điều khiển, nhìn từ quan điểm tin học Chất lượng điều khiển và độ tin cậy của hệ thống điều khiển không chỉ phụ thuộc vào thuật toán điều khiển, công nghệ phần cứng, mà còn phụ thuộc một cách tất yếu vào phương pháp xử lý thời gian thực Chúng ta còn biết quá ít về cơ chế thực hiện các chức năng bên trong một bộ điều khiển (số) Chúng ta cũng còn biết tương đối ít về cơ chế giao tiếp giữa các thành phần mềm trong một hệ thống điều khiển phân tánTại sao cần nghiên cứu về xử lý thời gian thực7.1 Khái niệm thờigianthực 4© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 7: Xử lý thờigianthựcvàxử lý phân tán© 2005 - HMSHệ thờigianthựclàgì?A real-time system is one in which the correctness of the system depends not only on the logical results, but also on the time at which the results are produced. JOHN A. STANKOVIC ET AL.: Strategic Directions in Real-Time and Embedded Systems. ACM Computing Surveys, Vol. 28, No. 4, December 1996Mỗihệ thống điềukhiểnlàmộthệ thờigianthựcPhầnlớncáchệ thờigianthựclàcáchệ thống điềukhiển 5© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 7: Xử lý thờigianthựcvàxử lý phân tán© 2005 - HMSVấn ₫ề thời gian trong hệĐKqua mạngSensorI/OControllerI/OActuatorSensorI/OSensorI/OBus trườngTsTinToutTaTc 6© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 7: Xử lý thờigianthựcvàxử lý phân tán© 2005 - HMSChiếcxehơicólàmộthệ thời gian thực?Hơn 30 máy vi tính bên trong (µP) nốimạngChúng ta có nên tìm hiểu nguyên lý hoạt động củachúng? 7© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 7: Xử lý thờigianthựcvàxử lý phân tán© 2005 - HMSNội dung liên ngànhKỹ thuậtđiềukhiểnKhoa họcmáy tínhCông nghệtruyền thôngHệ thờigianthựcMạng truyền thôngcông nghiệpHệ phân tánHệđiềukhiểnphân tán 8© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 7: Xử lý thờigianthựcvàxử lý phân tán© 2005 - HMSMộthệ thờigianthựccócác₫ặc ₫iểm: Tính phản ứng: Hệ thống phảiphản ứng vớicácsựkiệnxuấthiện vào các thời điểm không biếttrước. Tính nhanh nhạy: Hệ thống phảixử lý thông tin mộtcách nhanh chóng để có thểđưarakếtquả phản ứngmộtcáchkịpthời. Tính đồng thời: Hệ thống phảicókhả năng phản ứngvà xử lý đồng thời nhiềusự kiệndiễnra. Tính tiền định: Dựđoán trước đượcthờigianphản ứngtiêu biểu, thờigianphản ứng chậmnhấtcũng như trìnhtựđưaracácphản ứng. 9© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 7: Xử lý thờigianthựcvàxử lý phân tán© 2005 - HMSXử lý thờigianthựclàgì?Xử lý thời gian thực là hình thức xử lý thông tin trong một hệ thống để đảm bảo tính năng thời gian thực của nó.Luôn liên quan vớicácsự kiện bên ngoài (tính phảnứng)Yêu cầucaovề hiệusuấtphầnmềm (tính nhanhnhạy)Đòi hỏi xử lý đồng thời nhiềutácvụ (tính đồng thời) Đòi hỏicơ sở lý thuyếtchặtchẽ phụcvụ phân tíchvà đánh giá (tính tiền định) 10© 2004, HỒNG MINH SƠNChương 7: Xử lý thờigianthựcvàxử lý phân tán© 2005 - HMSKhái niệm“tácvụ”(task) Một q trình tính tốn cho mộtnhiệmvụ cụ thể, có thểđượcthựchiện đồng thời, ví dụ:–Cáctácvụ xử lý giá trị vào/ra–Cáctácvụđiềuchỉnh–Cáctácvụđiềukhiểnlogic–Cáctácvụ xử lý biếncố– . Mộttácvụ là sự thi hành mộtchương trình hoặcmộtphầnchương trình–Mộtchương trình chạy nhiềulần => nhiềutácvụ–Một đoạnmãchương trình (ví dụ một hàm) đượcgọituần hồnvớicácchukỳ khác nhau => nhiềutácvụ khác nhau Multitasking (đanhiệm): khả năng thi hành đồng thờinhiềutácvụ [...].. .7 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 7: Xử lý thờigianthựcvàxử lý phân tán © 2005 - HMS Nội dung liên ngành Kỹ thuật điềukhiển Khoa học máy tính Cơng nghệ truyền thơng Hệ thờigianthực Mạng truyền thơng cơng nghiệp Hệ phân tán Hệ iềukhiển phân tán 14 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 7: Xử lý thờigianthựcvàxử lý phân tán © 2005 - HMS 7. 2 Hệ iềuhànhthờigianthực  Hệ iều hành thờigianthựclàmộth điều hành... HỒNG MINH SƠN Chương 7: Xử lý thờigianthựcvàxử lý phân tán © 2005 - HMS Chương 7: Nội dung 7. 1 Khái niệm“thờigianthực” 7. 2 Hệ iều hành thờigianthực 7. 3 Khái niệm“xử lý phân tán 7. 4 Các kiếntrúcxử lý phân tán 7. 5 Các cơ chế giao tiếp trong hệ phân tán 13 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 7: Xử lý thờigianthựcvàxử lý phân tán © 2005 - HMS Xử lý cạnh tranh  Các vấn đề: –Tổ chức, lập lịch phân chia tài... Xử lý thờigianthựcvàxử lý phân tán © 2005 - HMS 7. 3 Khái niệm xử lý phân tán  Xử lý phân tán là hình thức xử lý thông tin tất yếu của các hệ thống phân tán nói chung và các hệ thống điều khiển phân tán nói riêng  Xử lý phân tán giúp nâng cao năng lựcxử lý thơng tin củamộthệ thống, góp phầncảithiện tính năng thờigian thực, nâng cao độ tin cậyvàtínhlinhhoạtcủahệ thống.  Phân biệt các khái niệm: –Xử... điềukhiểnlàmộthệ thờigianthực Phầnlớncáchệ thờigianthựclàcáchệ thống điều khiển 11 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 7: Xử lý thờigianthựcvàxử lý phân tán © 2005 - HMS Phân loạitácvụ (IEC 6113 1-3 ) Mã thựcthi Tác vụ mặc định Ví dụ: - Điềukhiển logic -Kiểmtralỗi Chờ tới chu kỳ Mã thực thi Thời gian Tác vụ tuầnhồn Ví dụ: - Điềuchỉnh vịng kín -Xử lý truyền thơng Chờ sự kiện Mã thực thi Sự kiện Tác vụ sự kiện Ví dụ: -. .. kiện Mã thực thi Sự kiện Tác vụ sự kiện Ví dụ: - Điềukhiểntrìnhtự -Xử lý sự cố © 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 1Chương 1 Hệ thống ₫iềukhiểnphân tán 13.09.06 Chương 7: Xử lý thờigianthực và xử lý phân tán 12 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 7: Xử lý thờigianthựcvàxử lý phân tán © 2005 - HMS Các hình thứcxử lý ₫ồng thời  Xử lý song song: Các tác vụ (task) được phân chia thựchiện song song trên nhiềubộ xử lý ... trợ các chương trình ứng dụng xử lý thờigianthực  Hầuhếtcácbộđiềukhiểncơngnghiệp (PLC, DCS, ) đềuhoạt động trên nềnmộth điều hành thờigian thực (RTOS, Real-time Operating System)  Bản thân hệ iều hành thờigianthựccũng là mộthệ thờigianthực  Mộth điều hành thờigianthực bao giờ cũng là mộthệ đa nhiệm(multitasking), hỗ trợ xử lý cạnh trạnh hoặc/và xử lý song song. 26 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 7: Xử... dịch vụ giao tiếp(vídụ lậptrình) cầnbiếtrõ về hệ thống truyền thông (kiếntrúcgiaothức) 17 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 7: Xử lý thờigianthựcvàxử lý phân tán © 2005 - HMS Phương pháp lậplịch  Cơ chế lậplịch –Lậplệnh tĩnh: thứ tự thựchiệncáctácvụđượcxácđịnh trướckhihệ thống đivàohoạt động. –Lậplệnh động: thứ tự thựchiệncáctácvụđượcxácđịnh trong khi hệ thống đang hoạt động.  Sách lượclậplịch –FIFO:... SƠN Chương 7: Xử lý thờigianthựcvàxử lý phân tán © 2005 - HMS Hệ thờigianthựclàgì? A real-time system is one in which the correctness of the system depends not only on the logical results, but also on the time at which the results are produced. JOHN A. STANKOVIC ET AL.: Strategic Directions in Real-Time and Embedded Systems. ACM Computing Surveys, Vol. 28, No. 4, December 1996 Mỗihệ thống điềukhiểnlàmộthệ... Đồng bộ hóa giữacáctác vụ 19 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 7: Xử lý thờigianthựcvàxử lý phân tán © 2005 - HMS Giao tiếpngầm Ù Giao tiếphiện  Giao tiếphiện(explicit communication): –Hoạt động giao tiếp đượccoilàchứcnăng riêng –Sử dụng dịch vụ giao tiếp(vídụ lậptrình) cầnbiếtrõ về hệ thống truyền thơng (kiếntrúcgiaothức) Hệ thống truyền thông A B A B Hệ thống truyền thông  Giao tiếpngầm(implicit communication): –Hoạt... xử lý phân tán  Kiến trúc Master/Slave –Chứcnăng xử lý thông tin được phân chia trên nhiềutrạmtớ –Mộttrạmchủ phốihợphoạt động của nhiềutrạmtớ –Cáctrạmtớ có vai trị, nhiệmvụ tương tự như nhau –Cáctrạmtớ có thể giao tiếptrựctiếp, hoặc khơng Master Slave Slave Slave Ví dụ: Bộđiềukhiển Ví dụ: Các vào/ra phân tán, các thiếtbị trường 23 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 7: Xử lý thờigianthựcvàxử lý phân tán © . lý phân tán 2005 - HMSChương 7: Nội dung7.1 Khái niệm“thờigianthực 7. 2 Hệ iều hành thờigianthực7.3 Khái niệm“xử lý phân tán 7. 4 Các kiếntrúcxử lý phân tán7 .5. thôngHệ thờigianthựcMạng truyền thôngcông nghiệpHệ phân tánHệđiềukhiểnphân tán 8© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 7: Xử lý thờigianthựcvàxử lý phân tán 2005 -