Gdy uruchomimy dowolną grę na Commodore 64, to ze zdziwieniem stwierdzamy, że na tak słabym komputerku (jeden, jednordzeniowy, jednowątkowy mikroprocesor) dzieje się tyle niezależnych rzeczy jednocześnie: porusza się niezależnie kilka postaci, przewija się płynnie plansza gry, gra w tle muzyka, słychać efekty dźwiękowe jak eksplozje, szum silnika. Jak to możliwe?
Oczywiście, gry nie byłyby tak efektowne gdyby nie dwa potężne koprocesory:
- układ graficzny VIC-II, który w tamtych czas zasługiwał na miano GPU,
- układ dźwiękowy SID, który śmiało można nazwać SPU.
Jednak te dwa koprocesory same z siebie nic nie zrobią, muszą być nieustannie sterowane przez główny procesor MOS 6510. A wszystko musi być perfekcyjnie zsynchronizowane w czasie aby uzyskać efekt płynnego ruchu.
A może współczesne techniki wielozadaniowości i przetwarzania równoległego coś by w tym względzie pomogły? Czy w ogóle napisanie wielozadaniowego systemu operacyjnego jest możliwe na tak skromnym mikroprocesorze, który kompletnie nie ma żadnego wsparcia dla wielozadaniowości?
W miarę wolnego czasu będę dokładał kolejne ćwiczenia ilustrujące, coraz bardzie złożone techniki programowania wielozadaniowego. Opisy tych ćwiczeń będą umieszczane w podfolderze doc.
Ćwiczenie nr 1 będzie polegało na implementacji najprostszego sposobu przełączania zadań a ćwiczenie nr 2 będzie polegało na usunięciu wad tej prymitywnej implementacji. W kolejnych ćwiczeniach zmienimy założenia tak żeby nasz pseudo system operacyjny pozwalał uruchamiać szerszą klasę procesów. Te problemy podane są w trzech poniższych punktach.
-
Dostęp do współdzielonych obszarów pamięci i związany z tym problem zakleszczeń. Trzeba wprowadzić sekcje krytyczne, które zagwarantują atomowość operacji, których nie wolno przerwać. Bez obszarów współdzielonych procesy nie będą mogły wymieniać się informacji miedzy sobą.
-
Możliwość uruchamiania więcej niż jednej kopii danego procesu. Trzeba przygotować specjalne wersje wielu procedur, które będą wiedziała dla jakiego zdania pracują (reentrant). Dobrym przykładem są stworzone na potrzeby ćwiczenia 1 funkcje CHROUT, MVCRSR. Te funkcje wolno wywołać tylko w jednym zadaniu. Wywołanie w innymi zadaniu zniszczy zmienne globalne i oba procesy ucierpią.
-
Procesy powinny mieć możliwość dynamicznego ładowania z dysku. Taki plik będzie musiał mieć nagłówek, w którym będzie komplet informacji o relokacji. W przypadku procesora 6510, który nie ma rejestrów segmentowych może się okazać, że to będzie całkiem spory nagłówek. Będzie musiał obejmować wszystkie skoki bezwarunkowe, skoki do procedur, odwołania do połówek adresów (high/low byte), odwołania do pamięci zero page.
Potem można dalej udoskonalać jądra naszego pseudo systemu operacyjnego. Na przykład przeanalizować różne metody szeregowania zadań, wprowadzić priorytety, zagwarantować, żeby żaden proces nie został zagłodzony.
Michał Wilde