QNX 分布式嵌入式实时操作系统 书

【实例简介】
QNX 分布式嵌入式实时操作系统 入门书籍
分布式嵌入式 实时操作系统 QNX 侯业勤张菁编译 字我脚 图书在版编目(cP)数据 分布式嵌入式窦时操作系统QNWX侯业勤。张菁; 北京:字航出版社,199.1 ISBN7-80114-031-5 I.分…Ⅱ.①侯…②张…Ⅲ实时操作系统, QNX-甚本知识Iv.TP3162 中国版本图书馆CIP数据核字(98)第26239号 字航出版社出版发行 北京市和平里滨河路1号(103013) 发行部地址:北京皋成路8号(100830 北京东升印剧厂印刷 新华书店经销 1999年1月第1版 199年1月第1次印刷 开本:787×10921/16印张:6 宇数:150千字 印数:1-3000册 定价:1000元 前言 QNX是由加拿大QSSL公司( QNX Software System Ltd)开发的分布式实时操作系统。 该操作系统能运行于 Intel×86、 Pentium等CPU坏境下,也能迈行于 PowerPc、MIPs 等CPU环境下。 QNX是一个分布式操作系统。从用户角度来看,运行QNX的局域网就像一台集中式 的多用户计算机,QNX局域网上的每个用户都可使用该网络土他有权使用的任何资源, 使用方式与使用本地计算机资源并无区别。 QNX是一个实时操作系统。它提供用户可控制的、优先级驱动的、急者优先抢占的 调度方式。它的自身开销小、上下文切换快,在同样的硬件条件下给实时应用留下更大的 余地,因而它在实时控制、通信、多媒体信息处理等对时间敏感的应用领域大有用武之地。 QNX是一个可嵌入的操作系统。它由微内核和一组共操作的进程构成,具有高度可 仲缩性,可灵活地剪裁。最小配置只占用几十kB内存。因此,它可广泛地嵌入到智能机 器、智能仪器仪表、机顶盒( SET TOP BOX)、通信设备、个人数字助理(PDA)等应用中去。 由于QNX是一个符合FOSI基本标准和实时标准的操作系统,因而大大方便了在不 同系统之何进行应用程序的移楂,许多在符合POS相应标准的其他系统上开发的应用 不需修改,在QNX上重新编译后即可运行。 本书主要介绍QNX操作系统的总体结构和原理。了解系绕的总体结构和原理对于理 解QNX的实际用途和进行应用开发都是十分必要的。 我们希望通过将这样一个操作系统引进到国内来,能推动杜会生产和操作过程控制自 动化,促进嵌入式新产品的应用和开发,并在应用高新技术改造传统产业中发挥一定的作 用 北京希望电脑公司是QSSL公可QNX产品在中国的总销售代理。有关该产品的销售 和技术咨询问题请拨电话01062628148、01062579598进行联系,或直接传真到010 62579598有条件的读者也可以用下面的Emi地址与希望公司进行通信联系 qnx@hope.com.cn 在本书编写过程中,我们得到QSL公司的大力支持,并得到使用他们的技术资料的 许可,在此我们表示感谢 因水平有限,书中可能有不妥之处,欢迎广大读者批评指正。 编译者1998年8月 目录 第1章MX概述…… 山■晶唱↓■↓■ 画甲■看即着■暮■a暴口备LA甲p司唱备即■即■↓口各■看看号■通P■■画目咖司即晶小↓即如口■■ψd↓bd司唧■●罩喝●h 1多任务和多用户操作系统 1.2并行处理 岛■白自口自命咖自血血血山甲咖申电白■旨自●m自自导中甲甲甲4即自日1血中●甲物即司一血音●血咖甲中司P中即■卓血由■●申●咖 13分布式系统…… 14分时系统和实时系统 旷中■P冒P自自自中e甲即号『平宁啊中■平平音冒P■4自自P骨■■P■自■自自自F■鲁目■鲁日申自■■自卓山看自自自看自日自自即命咖自可申自 5嵌入式系统 T中1 中p内■■和单聊咖申看一幽咖P即聊●● 16所遵循的标准 第2章QNX的系统特点5 21微内核结构 2,2系统进程 P冒晋■香d卜hb香口晶山d甲萨q血m甲甲即即命■←面卓◆目●酯目当■A聊咖t 百暴品护品日↓品目品品4 23基于消息的进程间通信(IC) 自目中帽自目盘合命命自自自即电吗都小即品小即歌卧吗由西● 24使用QNX组建网络 血··申中··导非自号目即唱中目目自目命身中自略自卓甲日L品甲备昌目日亭争即如古国书P十晕中b省国命省■ 第3章进程间通信 ■ 31进程间通信的方法 ■會■『冒會■?■會■血@●自幽 10 32QNX进程间通信 +甲■日晶4平4PT ●日··目导日目咖早中會中中血中曾鲁自昏■吾昏■备■ 10 33网络中QNX进程间的通信 23 第4章进程调度 自昏目学国中国自自即申命国自_司申电4■晶自品即晶■↓晶通Mhbp■晶南D■■■■■, 26 4l实时系统的进程调度 42QNX的进程调度 看●看即■ p●自即命申自备国唱一日↓■昌4吾昌■品甲4和西十PP■■■普 .26 43客户进程决定服务器进程的优先级 ↓■咖L· 30 第5章QMX实时性能的说明 F■4■■中中F■中中『宁■冒P■鲁鲁■■鲁■■血咖申命如自歌咖咖即■自备看■画■鼻哪聊晶晶目面罪山 51QNX的实时性 咖包自也自咱咖自口啁■ 52中断延迟 山↓ψ■·晶命血↓ ■·早俨會中俨血宁■■■自备冒■管口目冒 聊血目■■ 53调度延迟 P··令自备自山备看通4b如甲命中日目品日品日吾晶L中鲁曾由如血血聊面面■幽取哈如●即中●1 33 54被堆叠的中断 司司 4↓··“·“中甲°音户一早自留目鲁国信早学学甲中即中学国甲早唱户自国伊国命自命L 55中断处理程序 聊甲甲司自自血自命看即 56计时器… 第6章进程管理器 即●面日中和学争中‘●◆学中备目昏目备备备目警■山目“聊山4省唱p●即如由即目·口卓甲●甲即鲁可国品日昌日即日品 37 6l进程管理器的任务 …137 62进程的生命周期 P自自矿自十告●命命会命命白中。●↓1 ■■■■p■寻■备■■ 63创建进程的原语 4■■中晶中冒■管 64进程的继承机制 唱■■↓■■■晶4晶如b■↓山如●命q■1 39 65进程状态… 萨●甲司●白·白●命 39 66进程符号名 第7章FO名字空间 T『■督自幽■督■血血中甲即甲 42 71名字空间和前缀 k“■p如▲即■■↓晶山■■■■■昏如■■;▲幽■■血■▲■下hh▲贔▲■血如■■血卜〓■h▲昏量血■晶昏昌■血■血hI1h1卜山■b晶■如bd备■ 72路径名诃题…1 73文件描述字名字空间 11146 第8章文件系统管理器 49 81什么是文件 82常规文件和目录… 血罪■■■血看善 50 83管道和FIHO. 84原始卷 中r1平平早早平号4PP平P自血4血血自4甲甲P日!日4甲4罪甲日4k甲日甲昌B4阝4血“b4h』晶聊甲m叫品甲指甲聊目即指聊■备 L■ 55 85其他文件系统 86文件系统管理器性能 ■個冒■曲由西1t ■甲即早◆鲁■P血血■·即■■自■即甲甲ψ●即唱罪4■↓■4‘■山p甲=晶■ .62 第9章没备管理器 6 9.1设备服务 曾·日上自自自日中中自中自甲冒P甲曾P冒鲁PPP個幽_即山 92被编辑的输入方式… 93原始输入方式 65 94设备驱动程序 ■■白自■由。即即园●●看 命通 9.5设备控制 68 96QNX控制台 山:T日十自血阶国回自『即p甲咱4日4即4如血 96串行设备 血萨甲P具q 97并行设备 血血T血血司甲.口●4pd即画 音1山十命1B由1即唱 98设备子系统的性能 血曾自罪即即即晶■4郾晶晶▲‘p甲甲甲口■4司卧即4品L 69 第10章网络管理 ■↓L 101网络管理器的任务 102微内核/网络管理器接口 103网络驱动程序 是冒TTP4q■■目白卜国平P甲P■■宁P口罪罪申自罪即↓聊晶备■吾■4面4血晶冒罪■b甲圆唱↓如昌山4d晶晶品甲+即= 104苦点与网络标识符 74 105选择一个网络.… 平曾◆1 音山咖4甲日自目即p甲晶■唱自目山4甲●那 画L 75 106TCP连网 冒宁『冒P會自■曾■■4自咖口自血即卩即“即4面晶“鼻■其回晶画上 n76 第11章 Photon microgu窗口系统 ···上·"?1P『自自自自甲早血白十自唱P唱曾冒情P■■自自t 79 111—个图形徽内核… 1司p早甲导国唱p■即q■中自“即p■晷 1.2 Photon事件空间 甲早早甲甲●司一由自自唱自即甲甲 n.+180 113图形驱动程序 83 ●平平自中口+早昏昏国昏4ψd如吾甲一即甲中■■◆■·即·〖·▲即自即P血即4D4a 114可缩放的字体 口十P『平晶■日音自自自背甲可甲聊即甲目中即■·自自自自D自自即甲命甲早中甲一口 冒會口血血 84 15国际语言和 unicode多语言支持 中甲冒T1中t音d音目P。山■甲p自聊唱 每●动印·●各日↓聊唱号品↓■国中4画 85 11.6动支持 ■司■司阝看 A—TF平+qq十『1T甲省聊聊聊即由 令早中q自电吾甲即唱■晶十■晶命 836 11.7打印支持 118 Phaton窗口管理器 87 11.9小工具库 87 第1章QNX概述 QNwX是一种运行在 Intel x86兼容处理器和一些RISC处理器(如 PowerPC、MIPS)上的 操作系统。 操作系统是一种在计算机上运行的软件。它的主要任务是管理计算机上的系统资源, 并为用户提供使用计算机及其外部设备的接口。它的目的是提高计算机的各种资源(如处 理器、内存、磁盘、文件等等)的利用率,提高计算机系统的可用性。 现在计算机上运行的操作系统种类繁多,小至资源很少的嵌入式处理器所用的操作系 统,大到功能无比强大的巨型机所用的操作系统。这些操作系统从功能到性能各具特色, 为不同的计算机硬件环境及应用提供了不同的支持和服务。操作系统为计算机的使用提供 了最基本的程序运行环境和接口,是应用敦件运行的基础,其运行效率和性能直接影响到 计算机应用系统的运行效果。在过去的几十年中,随着计算机、网络技术的发展,操作系 统一直处于不断发展和改进之中,现在的操作系统不但追求功能上更强大、更完备和更可 筚,而且迫求界前上更具友好性和方便性。人佾将越来越多的功能加入操作系统中,致使 操作系统的体积越做越大。但是,随着应用领域的扩大和增加,人们意识到对操作系统仅 单纯地追求功能上的强大是不够的,为了适应不同的应用场合,还需要考虑系统的灵活性、 可伸编性以及可裁剪性 QNX是一个很有特色的操作系统软件。它的与众不同的设计思路实现的是一个极为灵 活方便、可按照需要随意裁剪的系统,从而开拓了实现计算机系统应用的另一种路子。从 下面的描述中,我们能够初步地了解到硎NX是一个什么样的操作系统。 11多任务和多用户操作系统 对操作系统,如按照在一台计算机上同时可为多少用户服务来区分,可分为单用户和 多用户操作系统;如按照其在一台计算机上可时执行多少个任务(又称迸程,是程序在 计算机中的一个执行实例,可以被操作系统调度和管理)来区分,可分为单任务和名任务 操作系统。 多任务操作系统不都是多用户操作系统,但多用户操作系统一定是多任务操作系统。 多用户操作系统的特征是它可以同时与多个用户终端交互作用,随时响应多个用户终端的 服务请求。有的操作系统(如 NS Windows95)虽然允许用户在这种操作系统之上启动多 个任务同时运行,但它同时只能与一个用户进行交互,因此,这样的搡作系统仍然是一个 单用户操作系统。 QX是一个遵循P0SIX1003,1标准设计实现的操作系统,在许多功能上与WX操作 系统极为相似,既支持多个用户同时访问,也支持多个任务同时执行,因此,它既是一个 多任务操作系统,也是一个多用户操作系统 12并行处理 随着计算机技术的发展,出现了多处理器体系结构的计算机。随之也出现了可提供并 行处理功能的操作系统以支持这种多处理器体系结构。在多处理器操作系统的统一控制 2分布式龊入式实时操作系统QX 下,整个系统可以按照多指令流方式实现作业、任务的并行执行(因此人们称这种操作系 统为并行操作系统),以提高系统的计算能力和速度。 在并行操作系统中,多个进程在多个处理器上被“并行处理”,是真正的“同时执行”, 每个处理器同时执行着不同进程的指令。而在单处理器多任务操作系统中的“同时执行”, 是指用户感觉上的同时执行,实际上是多个进程按某种规则轮流使用处理器。对后者,我 们称之为进程的并发执行。 QN普通RT0s版本提供了一种单处理的操作系统,它的 Neutrino版本可支持对称多 处理。 分布式系统 多处理器计算机的特点是多个处理器共享内存、紧密耦合。另外还有松散鹅合的并行 处理结构,特点是每个处理器都有自己专有内存。计算机局域网是松散耦合典型例子。 般的网络操作系统是在松散耦合硬件上的松散耦合软件。而QX与一般的网络操作系统不 同,它是在松散耦合硬件上的紧密耦合软件。 QNX运行在多台计算机组成的局域网上,它使任何一台计算机上的任何一个进程可以 和其它任何计算机上的任何进程通信,像与本机进程通信一样;它使任何台计算机上的 任何一个进程可以使用其它任何计算机上的资源,像使用本计算机上的资源一样。用户在 这样的环境下工作时,可以将他的任务分散到网络中,交给任何计算机来完成。用户感觉 与在一台集中式的多任务系统上工作没有什么不同,只是感到可使用一台的资源更多而 己。这样的操作系统叫做分布式操作系统 利用QNX分布式操作系统,可以将许多台廉价的PC机连接起来,构成功能强大的计 算机群,解决某些使用昂贵的计算机才能解泱的应用问题。 利用QNX分布式操作系统,很容易建立高可用机制。将每个任务都安排到两台木同的 计算机上去执行,只要两合机器不同时发生故障,任务总能得以完成,此时,关闭有故障 的机器,不会影响系统运行。有故障的机器修复后,可立即加入到系统中运行。 14分时系统和实时系统 从操作系统能否满足时间敏感的应用要求来区分,可把操作系统分成分时操作系统和 实时操作系统。 分时操作系统按照相等的时间片调度进程轮流运行,追求某种意义上的公平。分时操 作系统由调度程序自动计算进程的优先级,而不是由用户控制进程的优先级,自动计算进 程的优先级是为追求某种意义上的公平而使用的手段。例如,耗时长的进程和耗时短的进 程如不加以区别,对耗时短的进程就不公平,所以需要把耗时长的进程的优先级调得低于 耗时短的进程的优先级。分时系统适用于一般的科学计算、办公事务处理等不要求在限定 的极短时间内得到结果的场合。分时系统完成一个任务所需时间不仅仅取决于任务及计算 机系统本身,还受计算机系统中有正在处理的任务的多少的影响,计算机系统中正执行的 任务越多完成其中一个任务所需的时间越长。 实时操作系统能够在限定的时间内执行完所规定的功能,并能在限定的时间内对外部 的异步享件作出响应。执行完规定的功能和响应外部异步事件所需时间的长短是量实时 操作系统实时性强弱的指标。实时操作系统给用户提供控制进程调度的手段,并给用户提 供安排实时应用进程的依据。用户可发挥自己的智慧,安排实时应用,使系统在资源有限 第1章QM杌迷3 的情况下,支持尽可能多的实时应用:或者证明在这样的系统资源状况下,不可能实现某 些实时应用,要实现这些应用就必须改普系统资源。 实时应用与分时应用不同。一个分时系统上运行的应用增多时,每个应用只是感到运 行得慢了一些而已。而在一个实时系统上,如果实时应用安排不当,可能会造成某些应用 或全部应用达不到应用的实时性要求而失败。 分时系统主要应用于科学计算和一般实时性要求不高的场合。实时性系统主要应用于 过程控制、数据釆集、通信、多媒体信息处理等对时间敏感的场合。 般分时应用在实时系统上执行起来不会有什么问题,但实时应用却不能简单地由分 时系统来完成。与分时系统相比,实时系统更具灵活性,更能适应各种不同场合的应用。 QwX操作系统对实时应用是理想的,它提供一个实时系统所需要的一切基本要素:多 任务、由优先级驱动的急者优先式调度方式和快速上下文切换。对各种实时性要求高低不 同的应用,QNX允许人们根据需要实施特定安排,使各种不同的应用有可能在同一台运行 QNX操作系统的计算机上得以理想地运行。 15嵌入式系统 在智能化设备、仪器仪表的应用场合,出于对产品体积、成本等因素的考虑,往往要 求将计算机控制部分安装于设备内部且占用空间尽可能地小。在这种情形下,处理器一般 没有多少可用的内存,更没有可用的外存,而操作系统就装在这有限的内存中(一般在ROM 中)这种系统人们称之为嵌入式系统。嵌入式系统是智能化设备、仪器仪表的灵魂。 QAK由一个体积很小的内核及一些可以根据需要进行定制的系统模块组成。QNK内核 般为几kB大小,即便加上其他必要模块,所占用的空间也很小,且不失其实时、多 任务的系统特征。由于它的高度灵活性,使用者可以很容易地对这一操作系统进行定制或 作适当开发,来满足自己的实际应用需要 因此,QNX不仅允许按需要进行系统配置,用于向一大群用户提供服务,也允许使用 几个必要的模块对系统进行配置,产生一个嵌入式系统(即指装在电子产品、机电产品或 其它设备内部的占用空间小、可用资源较少的小型实时系统)。 16所遵循的标准 QN是一个遵循P0SIX1003.1标准及P0IX实时标准的实时操作系统。 在过去很长的一段时间里,操作系统主要是由计算机硬件制造商提供的。每个厂商有 自己独特的硬件,也配以独特的操作系统,这些操作系统彼此不同,没有什么标准可言 UNIX操作系统问世后,以它的高度灵活性、可移植性和简捷性赢得了广泛的欢迎。 越来越多的计算权制造商放弃了专有的操作系统,转而采用UNX操作系统。这为用户使 用统一的命令操作计算机、使用统的编程接口开发应用软件带来了很大方便。理想地说, 人们可以只学习和熟悉一种操作方法或一种开发环境就可以在任何厂家的计算机系统上工 作了。 然而,问题远不像想象的那么简单。在UNIX的发展过程中,由于种种原因,产生了 许多相互不完全兼容的UNIX版本。因此,应用软件的开发者必须了解特定的NX版本所 提供的环境来进行开发,而且在—个环境下开发的软件也不能不加修改地拿到不两熊本 环境下去运行,虽然它们都是UNX操作系统 针对这-问题,许多厂家和组织都呼吁并尝试建立一个统一的操作系统标准,如AT最T 【实例截图】
【核心代码】