TSSN - Kiến trúc phần mềm

Trong chương này, chúng ta sẽ tìm hiểu về Kiến trúc phần mềm của mạng và hệ thống chuyển mạch viễn thông.

Phần mềm của hệ thống SPC có thể được phân loại thành hai để hiểu rõ hơn - System Software và Application Software. Kiến trúc Phần mềm xử lý môi trường phần mềm hệ thống của SPC bao gồm các bộ xử lý ngôn ngữ. Nhiều tính năng cùng với xử lý cuộc gọi là một phần của hệ điều hành, theo đó các hoạt động và chức năng Quản lý được thực hiện.

Xử lý cuộc gọi là chức năng xử lý chính, được định hướng theo sự kiện. Sự kiện xảy ra tại đường dây hoặc trung kế của thuê bao kích hoạt xử lý cuộc gọi. Thiết lập cuộc gọi không được thực hiện trong một chuỗi xử lý liên tục trong trao đổi. Toàn bộ quy trình này phù hợp với nhiều quy trình cơ bản kéo dài trong vài chục hoặc hàng trăm mili giây và nhiều cuộc gọi được xử lý như vậy đồng thời và mỗi cuộc gọi được xử lý bởi mộtProcess. Quy trình là một thực thể hoạt động là mộtprogram in execution, đôi khi còn được gọi là task.

Xử lý trong môi trường đa chương trình

Trong phần này, chúng ta sẽ xem quy trình trong môi trường đa chương trình là gì. Quy trình trong môi trường đa chương trình có thể là một trong những quy trình sau:

Running
Ready
Blocked

Trạng thái của một quá trình được xác định bởi hoạt động hiện tại của nó và quá trình nó thực hiện và các chuyển đổi mà trạng thái của nó trải qua.

Một Quy trình được cho là running, nếu một lệnh hiện đang được thực thi bởi bộ xử lý.
Một Quy trình được cho là ready nếu lệnh tiếp theo của việc chạy một tiến trình đang chờ hoặc có một lệnh đã hết thời gian chờ.
Một Quy trình được cho là blocked, nếu nó đang đợi một số sự kiện xảy ra trước khi nó có thể tiếp tục.

Hình dưới đây chỉ ra quá trình cho thấy sự chuyển đổi giữa đang chạy, sẵn sàng và bị chặn.

Trong khi một số tiến trình ở trạng thái đang chạy, một số sẽ ở trạng thái sẵn sàng trong khi những tiến trình khác bị chặn. Các quy trình trong danh sách sẵn sàng sẽ theo thứ tự ưu tiên. Các tiến trình bị chặn không có thứ tự và chúng bỏ chặn theo thứ tự các sự kiện đang chờ xảy ra. Nếu một quá trình không được thực thi và chờ một số lệnh hoặc tài nguyên khác, thời gian của bộ xử lý được lưu bằng cách đẩy quá trình đó vào danh sách sẵn sàng và sẽ được bỏ chặn khi mức độ ưu tiên của nó cao.

Khối điều khiển quy trình

Khối điều khiển quá trình đại diện cho mỗi quá trình trong hệ điều hành. PCB là một cấu trúc dữ liệu chứa các thông tin sau đây về quá trình.

Trạng thái chạy hiện tại của quy trình
Ưu tiên xử lý ở trạng thái sẵn sàng
Thông số lập lịch CPU
Lưu nội dung của CPU, khi một quá trình bị gián đoạn
Cấp phát bộ nhớ cho quy trình
Các chi tiết của quá trình như số lượng của nó, mức sử dụng CPU, v.v. có sẵn
Trạng thái của các sự kiện và tài nguyên I / O được liên kết với quy trình

PCB có tất cả thông tin về các quy trình sẽ được thực thi tiếp theo khi nó nhận được CPU. Các thanh ghi CPU bao gồm mộtProgram Status Word (PSW) chứa địa chỉ của lệnh tiếp theo sẽ được thực thi, các loại ngắt được bật hoặc tắt hiện tại, v.v.

Trong khi CPU thực thi một số quy trình, quy trình đó cần được chuyển khi quy trình hiện đang chạy bị chặn hoặc một sự kiện hoặc gián đoạn kích hoạt quy trình ưu tiên cao xảy ra. Tình huống như vậy được gọi làProcess Switching, còn được gọi là Context Switching. Cơ chế ưu tiên ngắt như vậy được mô tả trong hình sau.

Nếu một quá trình Aquét một đường dây thuê bao cụ thể và thấy nó miễn phí, sau đó quá trình thiết lập cuộc gọi với người đăng ký đó. Tuy nhiên, nếu quy trình khác B yêu cầu quyền ưu tiên và thiết lập cuộc gọi với cùng một thuê bao tại cùng một thời điểm, thì cả hai quy trình cần thực hiện cuộc gọi đến cùng một thuê bao cùng một lúc, điều này không được đề xuất. Sự cố tương tự cũng có thể xảy ra với các bảng và tệp được chia sẻ khác.

Thông tin về tài nguyên của sàn giao dịch (trung kế, thanh ghi, v.v.) và việc sử dụng hiện tại của chúng được lưu giữ dưới dạng bảng. Các bảng này khi cần được chia sẻ bởi các quy trình khác nhau. Sự cố xảy ra khi hai hoặc nhiều quá trình chọn cùng một bảng cùng một lúc. Vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách cấp quyền truy cập vào từng quy trình cho một bảng được chia sẻ.

Chia sẻ tài nguyên

Bất cứ khi nào một quy trình sử dụng một bảng được chia sẻ hoặc bất kỳ tài nguyên được chia sẻ nào, tất cả các quy trình khác cần tương tự sẽ được chờ đợi. Khi quá trình đang chạy kết thúc bằng cách sử dụng tài nguyên, nó sẽ được phân bổ cho quá trình sẵn sàng ưu tiên đầu tiên được tiếp tục chờ đợi. Quá trình sử dụng tài nguyên được chia sẻ này được gọi làMutual Exclusion. Quá trình đang truy cập tài nguyên được chia sẻ, được cho là trongCritical Section hoặc là Critical Region. Loại trừ lẫn nhau ngụ ý rằng chỉ có một quy trình có thể nằm trong vùng quan trọng tại bất kỳ trường hợp nào đối với một tài nguyên được chia sẻ nhất định. Việc viết mã cho quy trình nằm trong phần quan trọng được thực hiện rất cẩn thận và không có vòng lặp vô hạn. Điều này giúp trong quá trình không bị chặn. Công việc được thực hiện chính xác và hiệu quả hơn. Điều này giúp ích cho các quy trình khác đang chờ đợi.

Nếu hai tiến trình trong một semaphore phải chia sẻ một tài nguyên chung, thì nó sẽ được chúng chia sẻ trong những khoảng thời gian nhất định. Trong khi một người sử dụng tài nguyên, người kia sẽ đợi. Bây giờ, trong khi chờ đợi, để đồng bộ với cái khác, nó đọc nhiệm vụ đã được viết cho đến lúc đó. Điều này có nghĩa là, trạng thái của quá trình đó phải khác 0 và sẽ tiếp tục tăng lên, nếu không, trạng thái này sẽ được đưa ra danh sách bị chặn. Các tiến trình nằm trong danh sách bị chặn được xếp chồng lên nhau và được phép sử dụng tài nguyên theo mức độ ưu tiên.

Hình sau đây cho thấy quy trình hoạt động như thế nào:

Nếu hai hoặc nhiều quy trình trong một semaphore đợi tài nguyên vô thời hạn và không nhận được số 0 để trở về trạng thái khối, trong khi các quy trình khác đợi ở trạng thái bị chặn để sử dụng cùng một tài nguyên trong khi không có quy trình nào có thể sử dụng tài nguyên đó nhưng phải đợi, chẳng hạn một trạng thái được gọi là Deadlock State.

Các kỹ thuật đã được phát triển để ngăn chặn, tránh, phát hiện và phục hồi bế tắc. Do đó, chúng bao gồm các tính năng nổi bật của hệ điều hành dành cho bộ xử lý chuyển mạch.

Sản xuất phần mềm

Việc sản xuất phần mềm SPC rất quan trọng vì độ phức tạp và kích thước của phần mềm cùng với tuổi thọ làm việc lâu dài và độ tin cậy, tính khả dụng và tính di động của nó.

Sản xuất phần mềm là nhánh của kỹ thuật phần mềm giải quyết các vấn đề gặp phải trong quá trình sản xuất và bảo trì phần mềm quy mô lớn cho các hệ thống phức tạp. Việc thực hành kỹ thuật phần mềm được phân loại thành bốn giai đoạn. Các giai đoạn này tạo nên quá trình sản xuất hệ thống phần mềm.

Thông số kỹ thuật chức năng
Mô tả chính thức và thông số kỹ thuật chi tiết
Mã hóa và xác minh
Kiểm tra và gỡ lỗi

Phần mềm Ứng dụng của hệ thống chuyển mạch có thể được chia thành phần mềm xử lý cuộc gọi, phần mềm quản trị và phần mềm bảo trì; các gói phần mềm ứng dụng của hệ thống chuyển mạch sử dụng tổ chức mô-đun.

Với sự ra đời của Kiểm soát chương trình được lưu trữ, một loạt các dịch vụ mới hoặc cải tiến có thể được cung cấp cho người đăng ký. Nhiều loại dịch vụ nâng cao như quay số viết tắt, cuộc gọi ghi số hoặc cuộc gọi không quay số, gọi lại khi rảnh, chuyển tiếp cuộc gọi, trả lời tổng đài, ghi số cuộc gọi, chờ cuộc gọi, giữ tư vấn, cuộc gọi hội nghị, báo thức tự động, chặn STD, cuộc gọi độc hại truy tìm, v.v. đều được giới thiệu với những thay đổi này trong điện thoại.

Mạng nhiều giai đoạn

Mạng nhiều tầng là mạng được xây dựng để cung cấp kết nối giữa nhiều thuê bao hiệu quả hơn so với hệ thống chuyển mạch Crossbar.

Các mạng chuyển mạch Crossbar đã thảo luận trước đây có một số hạn chế như được mô tả bên dưới:

Số Crosspoint sẽ là bình phương của số lượng trạm được gắn và do đó điều này gây tốn kém cho một bộ chuyển mạch lớn.
Sự cố của Crosspoint ngăn cản kết nối với hai thuê bao mà Crosspoint được kết nối.
Ngay cả khi tất cả các thiết bị đính kèm đang hoạt động, chỉ có một số Điểm giao nhau được sử dụng

Để tìm ra giải pháp khắc phục những nhược điểm này, các công tắc phân chia không gian nhiều tầng đã được chế tạo. Bằng cách chia công tắc Crossbar thành các đơn vị nhỏ hơn và kết nối chúng với nhau, có thể xây dựng các công tắc đa tầng với ít Crosspoint hơn. Hình sau đây cho thấy một ví dụ về công tắc nhiều tầng.

Công tắc đa tầng như công tắc ở trên cần số lượng Crosspoint ít hơn số lượng cần thiết trong chuyển mạch Crossbar. Theo ví dụ minh họa ở trên, đối với 8 (đầu vào) và 8 (đầu ra) các thuê bao khác nhau (cả thuê bao gọi và gọi), các Điểm chéo cần thiết trong mạng Crossbar thông thường sẽ là hình vuông của chúng, là 64. Tuy nhiên, trong mạng Crossbar đa tầng, chỉ cần 40 Crosspoint là đủ. Điều này được thể hiện trong sơ đồ trên. Trong một công tắc Crossbar lớn nhiều tầng, mức giảm đáng kể hơn.

Ưu điểm của mạng đa tầng

Các ưu điểm của mạng nhiều tầng như sau:

Số lượng thanh ngang bị giảm.
Số lượng đường kết nối có thể nhiều hơn.

Nhược điểm của mạng nhiều tầng

Nhược điểm của mạng nhiều tầng như sau:

Công tắc nhiều tầng có thể gây ra Blocking.
Số lượng hoặc kích thước của các công tắc trung gian nếu tăng lên có thể giải quyết được vấn đề này, nhưng chi phí sẽ tăng lên cùng với điều này.

Chặn

Chặn làm giảm số lượng Crosspoint. Sơ đồ sau đây sẽ giúp bạn hiểu về Chặn một cách tốt hơn.

Trong hình trên, nơi có 4 đầu vào và 2 đầu ra, Thuê bao 1 được kết nối với Đường 3 và Thuê bao 2 được kết nối với Đường 4. Các đường màu đỏ biểu thị các kết nối. Tuy nhiên, sẽ có nhiều yêu cầu hơn đến; Yêu cầu gọi từ thuê bao 3 và thuê bao 4 nếu không thực hiện được thì không thể thực hiện được cuộc gọi.

Các thuê bao của khối trên cũng (như trong sơ đồ trên) cũng gặp phải vấn đề tương tự. Chỉ có thể kết nối hai khối tại một thời điểm; Không thể kết nối nhiều hơn hai hoặc tất cả các đầu vào (vì nó phụ thuộc vào số lượng đầu ra hiện có). Do đó, một số kết nối không thể được thiết lập đồng thời, được hiểu là các cuộc gọi bị chặn.