第7章 多媒体操作系统
7.1 计算机操作系统的问题 7.2 操作系统对连续媒体的支持 7.3 支持连续媒体的文件系统
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© 2008 西安交通大学 新型计算机研究所
7.1 计算机操作系统的 问题
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1、实时服务与时间要求
传统的操作系统考虑多个进程下的资源管理、设 备控制等工作，用于多媒体基于时间的连续媒体 应用不适合，因这些系统不具有对时间的复杂控 制和维护特定QoS的机制，没有提供在系统短暂 过载时进行保护和管理的模式，缺乏实时服务。
它给应用分配用户级的线程，应用无法抢占和控 制，调度时没有相应的优先方法。
➢ 当优先权高的线程被封锁时，把它的优先级传给对它进 行封锁而优先权低的线程，
➢ 等低优先权的线程停止封锁高优先权的线程时，低优先 权的线程就恢复到它原先的优先权。
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7.1.2 多媒体的引入与操作系统的限制
4、周期性活动
调度的内容：CPU调度，资源分配，I/O调度， 实时通信调度，分布式调度，关键任务调度
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7.1.1 操作系统的基本概念
调度算法：
早期用表驱动循环调度算法
近来用基于优先级的抢占调度
算法
实时系统好坏
➢ 有静态的或动态的优先级
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7.1.1 操作系统的基本概念
2.实时系统的有关概念 实时系统的一个重要特点是任务具有时间约束。
周期性：任务必须在每个周期内完成一次。 非周期性：必须有一个启动时间或结束时间，或二者兼有。 时限(deadline)：任务必须完成的最后期限。 任务执行时间：从启动到完成所花费的时间。 任务余量：完成任务后离时限的时间余量。 紧时间约束：任务余量少。 松时间约束：任务余量大。 时限粒度：任务从启动到时限之间的时间。 强时性：时限前必须完成，否则结果无用。 弱实时或软实时：超过时限结果的可用性下降。 关健任务：完不成会引起灾难性后果的任务。
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7.1.2 多媒体的引入与操作系统的限制
5、时限和恢复管理
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7.1.2 多媒体的引入与操作系统的限制
如果需要更为精细的时间控制，可通过Sleep功 能来对拖拉速率调节(Unix系统)
start_time = get_current_time ( ) ; while (1) {
的衡量：
其它的调度算法
不精确调度算法 最早时限优先算法 最关键任务优先算法
响应时间。包 括中断响应时 间、任务等待 时间、关联转 换时间
关键性和时限优先算法 最小余量优先
吞吐率 可靠性
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7.1.2 多媒体的引入与操作系统的限制
核上运行。
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7.1.2 多媒体的引入与操作系统的限制
3、优先权倒置管理
当一个实时程序在系统中与一个非实时程序共享 同一个资源时，会出现实时程序不得不等待非实 时程序运行完成的情况。
解决办法：引入优先权继承和优先权交出机制。 优先权继承：
连续媒体为了传输和表现需要周期性的服务活动。 最简单的操纵周期性数据流的方法是使用循环结
构 while (1) {
get_cm_object (…); draw_cm_object (…); } 在多道程序环境下，拖拉速率可能会因系统的负 载而改变。系统负载重，拖拉动作可暂停，其它 任务终止后，拖拉动作会加速。

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7.1.1 操作系统的基本概念
1.操作系统的分类
单用户系统 分时系统 实时系统
多媒体系统中大量使用基于时间的连续性媒体， 对时间的要求非常严格。
单用户和分时系统难以满足多媒体操作系统对时 间的要求，
而实时系统却可以为多媒体操作系统提供一个基 于时间管理途径。
get_cm_object (…); draw_cm_object (…);
start_time = start_time + period duration=start_time_get_current_time( ); sleep (duration); }
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7.1.2 多媒体的引入与操作系统的限制
2、中断等待
中断等待是传统操作系统不能很好地支持实时活 动的一个原因。
改善内核中断延迟的方法：
➢ 将内核的内部结构进行改变，可允许较高级的抢占 ➢ 给现存的内核增加一个安全抢占点的集合 ➢ 将现在的内核转化成为一个用户程序，使之在一个微内
7.1 计算机操作系统的问题
问题：用户从网上阅读视频邮件时，同时打开 另一个文本文件可能会导致视频扭曲、抖动。 用户听音乐时，由于另一个程序结束，使音乐 突然加速。
原因：现有操作系统不提供对过载的控制和管 理。
缺乏操作系统的实时支持 缺乏基于QoS的资源管理 对系统的输入输出缺乏有效的管理和控制 缺乏适合连续媒体的文件系统
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7.1.1 操作系统的基本概念
实时系统必须满足逻辑正确性和时间约束两个 条件。
任务调度中应处理的一些情况：
可抢占及非抢占任务 周期性和非周期性任务 具有多级重要性的任务 具有单个时限的任务组 有优先权限制的任务