TSSN - 软件架构

在本章中，我们将了解电信交换系统和网络的软件架构。

为了便于理解，SPC 系统的软件可分为两类 - 系统软件 和 应用软件。软件架构涉及 SPC 的系统软件环境，包括语言处理器。许多功能以及呼叫处理都是操作系统的一部分，操作和管理功能在此操作系统下执行。

呼叫处理是主要的处理功能，它面向事件。发生在用户线路或中继线上的事件会触发呼叫处理。呼叫设置不是在交换机中以一个连续的处理序列完成的。整个过程由许多基本过程组成，这些基本过程持续几十或几百毫秒，许多呼叫同时处理，每个呼叫由单独的 进程 处理。进程是一个活动实体，是正在执行的程序，有时甚至称为任务。

多道程序环境中的进程

在本节中，我们将了解多道程序环境中的进程是什么。多道程序设计环境中的进程可能处于以下状态之一 −

• 正在运行
• 就绪
• 阻塞

进程的状态由其当前活动、其执行的进程以及其状态经历的转换定义。

• 如果处理器当前正在执行一条指令，则称进程为正在运行。

• 如果正在运行的进程的下一条指令正在等待或有一条指令超时，则称进程为就绪。

• 如果进程在等待某些事件发生后才能继续，则称进程为阻塞。

下图显示了运行、就绪和阻塞之间的转换过程。阻塞。

虽然有些进程处于运行状态，但有些进程处于就绪状态，而其他进程则被阻塞。就绪列表中的进程将根据优先级排列。阻塞的进程是无序的，它们按照事件等待发生的顺序解除阻塞。如果某个进程未执行并等待其他指令或资源，则通过将此类进程推送到就绪列表来节省处理器时间，并在其优先级高时解除阻塞。

进程控制块

进程控制块代表操作系统中的每个进程。 PCB 是一个数据结构，包含有关进程的以下信息。

• 进程的当前运行状态

• 处于就绪状态的进程优先级

• CPU 调度参数

• 进程中断时保存 CPU 的内容

• 进程的内存分配

• 显示进程的详细信息，如其编号、CPU 使用率等

• 与进程相关的事件和 I/O 资源的状态

PCB 拥有获得 CPU 后接下来要执行的进程的所有信息。 CPU 寄存器包括一个程序状态字 (PSW)，其中包含要执行的下一条指令的地址、当前启用或禁用的中断类型等。

当 CPU 执行某个进程时，当当前正在运行的进程被阻塞或发生触发高优先级进程的事件或中断时，需要切换该进程。这种情况称为进程切换，也称为上下文切换。下图描述了这种中断优先级机制。

如果进程 A 扫描特定用户线路并发现其空闲，则该进程将与该用户建立呼叫。但是，如果另一个进程 B 要求优先权并同时与同一用户建立呼叫，则两个进程都需要同时呼叫同一用户，这是不明智的。其他共享表和文件也可能出现类似的问题。

有关交换机资源(中继线、寄存器等)及其当前使用情况的信息以表格的形式保存。这些表在需要时由不同的进程共享。当两个或多个进程同时选择同一张表时，就会出现问题。这个问题可以通过让每个进程访问共享表来解决。

共享资源

每当一个进程使用共享表或任何共享资源时，所有其他需要相同资源的进程都必须等待。当正在运行的进程完成使用资源时，它将被分配给第一个优先就绪的进程，该进程将保持等待状态。使用共享资源的这个过程称为互斥。访问共享资源的进程被称为在其临界区或临界区域中。互斥意味着对于给定的共享资源，在任何情况下只有一个进程可以处于临界区中。将进程置于临界区中的编码非常谨慎，以确保没有无限循环。这有助于避免进程被阻塞。所做的工作更加准确和高效。这有助于等待的其他进程。

如果信号量中的两个进程必须共享一个公共资源，则它们会在特定时间间隔内共享该资源。当一个进程使用该资源时，另一个进程则等待。现在，在等待时，为了与另一个进程同步，它会读取在此之前写入的任务。这意味着，该进程的状态应为非零，并且应继续递增，否则将被发送到阻止列表。阻塞列表中的进程一个接一个地堆叠在一起，并根据优先级允许使用资源。

下图显示了该过程的工作原理 −

如果信号量中的两个或多个进程无限期地等待资源，并且没有得到零以返回阻塞状态，而其他进程在阻塞状态下等待使用相同资源，而没有进程可以使用该资源但等待，这种状态称为死锁状态。

已经开发了用于死锁预防、避免、检测和恢复的技术。因此，这些涵盖了交换处理器操作系统的显著特点。

软件生产

SPC 软件生产非常重要，因为它的复杂性和软件的大小，以及它的使用寿命长、可靠性、可用性和可移植性。

软件生产是软件工程的一个分支，它处理在复杂系统的大型软件的生产和维护中遇到的问题。软件工程的实践分为四个阶段。这些阶段构成了软件系统的生产。

• 功能规范
• 形式描述和详细规范
• 编码和验证
• 测试和调试

交换系统的应用软件可分为呼叫处理软件、管理软件和维护软件;交换系统的应用软件包采用模块化组织。

随着存储程序控制的引入，可以为用户提供大量新的或改进的服务。电话系统的这些变化引入了许多增强服务，例如缩位拨号、录音号码呼叫或无拨号呼叫、空闲时回拨、呼叫转移、接线员应答、呼叫号码记录、呼叫等待、咨询保持、电话会议、自动报警、STD 禁止、恶意呼叫追踪等。

多级网络

多级网络是为了比 Crossbar 交换系统更有效地为更多用户提供连接而构建的网络。

前面讨论的 Crossbar 交换网络具有如下所述的一些限制 −

• 交叉点的数量是所连接站点数量的平方，因此对于大型交换机来说，这是昂贵的。

• 交叉点发生故障会阻止与交叉点所连接的两个用户的连接。

• 即使所有连接的设备都处于活动状态，也只有少数交叉点被利用

为了找到弥补这些缺点的解决方案，构建了多级空分交换机。通过将 Crossbar 交换机拆分为较小的单元并将它们互连，可以构建具有较少交叉点的多级交换机。下图显示了多级交换机的示例。

像上面这样的多级交换机需要的交叉点数量少于 Crossbar 交换所需的交叉点数量。按照上面的例子，对于8个(输入)和8个(输出)不同的用户(包括被叫和主叫用户)，普通的Crossbar网络所需的Crosspoints将是它们的平方，即64个。然而，在多级Crossbar网络中，只需40个Crosspoint就足够了。如上图所示。在大型多级 Crossbar 交换机中，这种减少更为显著。

多级网络的优点

多级网络的优点如下 −

• Crossbar 的数量减少。
• 连接路径的数量可以更多。

多级网络的缺点

多级网络的缺点如下 −

• 多级交换机可能导致阻塞。

• 如果增加中间交换机的数量或规模可以解决这个问题，但成本也会随之增加。

阻塞

阻塞会减少交叉点的数量。下图将帮助您更好地理解阻塞。

在上图中，有 4 个输入和 2 个输出，用户 1 连接到线路 3，用户 2 连接到线路 4。红色线表示连接。但是，还会有更多请求;如果用户 3 和用户 4 发出呼叫请求，则无法处理，因为无法建立呼叫。

上述块的用户也(如上图所示)面临同样的问题。一次只能连接两个块;无法连接两个以上或所有输入(因为这取决于存在的输出数量)。因此，无法同时建立多个连接，这被理解为呼叫被阻塞。