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1、【精品文檔】如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除，僅供學習與交流 實時操作系統(tǒng) 包括硬實時和軟實時的區(qū)別 .....精品文檔...... 一．什么是真正的實時操作系統(tǒng) 做嵌入式系統(tǒng)開發(fā)有一段時間了，做過用于手機平臺的嵌入式Linux，也接觸過用于交換機、媒體網(wǎng)關(guān)平臺的VxWorks，實際應(yīng)用后回過頭來看理論，才發(fā)現(xiàn)自己理解的膚淺，也發(fā)現(xiàn)CSDN上好多同學們都對實時、嵌入式這些概念似懂非懂，畢竟如果不做類似的產(chǎn)品，平時接觸的機會很少，即使做嵌入式產(chǎn)品開發(fā)，基本也是只管調(diào)用Platformteam封裝好的API。所以在此總結(jié)一下這些概念，加深自己的理解，同時也給新手入門，歡迎大家拍

2、磚，爭取寫個連載，本文先總結(jié)一下實時的概念，什么是真正的實時操作系統(tǒng)？ 1. 首先說一下實時的定義及要求： 參見 Donal Gillies 在 Realtime Computing FAQ 中提出定義：實時系統(tǒng)指系統(tǒng)的計算正確性不僅取決于計算的邏輯正確性，還取決于產(chǎn)生結(jié)果的時間。如果未滿足系統(tǒng)的時間約束，則認為系統(tǒng)失效。 http://www.faqs.org/faqs/realtime-computing/faq/ 一個實時操作系統(tǒng)面對變化的負載（從最小到最壞的情況）時必須確定性地保證滿足時間要求。請注意，必須要滿足確定性，而不是要求速度足夠

3、快！例如，如果使用足夠強大的CPU，Windows在CPU空閑時可以提供非常短的典型中斷響應(yīng)，但是，當某些后臺任務(wù)正在運行時，有時候響應(yīng)會變得非常漫長，以至于某一個簡單的讀取文件的任務(wù)會長時間無響應(yīng)，甚至直接掛死。這是一個基本的問題：并不是Windows不夠快或效率不夠高，而是因為它不能提供確定性，所以，Windows不是一個實時操作系統(tǒng)。 根據(jù)實際應(yīng)用，可以選擇采用硬實時操作系統(tǒng)或軟實時操作系統(tǒng)，硬實時當然比軟實時好，但是，如果你的公司正在準備開發(fā)一款商用軟件，那請你注意了，業(yè)界公認比較好的VxWorks(WindRiver開發(fā))，會花光你本來就很少的銀子，而軟實時

4、的操作系統(tǒng)，如某些實時Linux，一般是開源免費的，我們公司本來的產(chǎn)品就是基于VxWorks的，現(xiàn)在業(yè)界都在CostReduction，為了響應(yīng)號召，正在調(diào)研如何把平臺換成免費的嵌入式實時Linux。同學們，如何選擇，自己考慮吧:-) 硬實時 - 代表產(chǎn)品 VxWorks 舉一個經(jīng)常使用的實例，中高檔汽車中使用的氣囊。當報告車輛碰撞的傳感器中斷CPU后，操作系統(tǒng)應(yīng)快速地分配展開氣囊的任務(wù)，并且不允許任何其他非實時處理進行干擾，晚一秒鐘展開氣囊比沒有氣囊的情況更糟糕，這就是一個典型的必須使用硬實時的系統(tǒng)。 硬實時系統(tǒng)指系統(tǒng)要有確保的最壞情況下的服務(wù)時間，

5、即對于事件的響應(yīng)時間的截止期限是無論如何都必須得到滿足。 軟實時 - 代表產(chǎn)品 軟實時Linux 再舉一個實例，IPTV數(shù)字電視機頂盒，需要實時的處理(解碼)視頻流，如果丟失了一個或幾個視頻幀，顯然會造成視頻的品質(zhì)更差，但是只要做過簡單的抖動處理的系統(tǒng)，丟失幾個視頻幀就不會對整個系統(tǒng)造成不可挽救的影響。 軟實時系統(tǒng)就是那些從統(tǒng)計的角度來說，一個任務(wù)能夠得到有確保的處理時間，到達系統(tǒng)的事件也能夠在截止期限到來之前得到處理，但違反截止期限并不會帶來致命的錯誤。 -------------------------------------------

6、-- 請注意：講到這里，想花點墨水區(qū)分一下實時和嵌入式的概念，因為筆者也長時間把這兩者混為一談。實時操作系統(tǒng)的概念上文已經(jīng)講的很清楚了，主要就是要能確定性的滿足時間要求。嵌入式系統(tǒng)很難下一個定義，有興趣的可以百科一下“嵌入式系統(tǒng)”，一般可以認為是板子或芯片上軟硬件的總和，嵌入式系統(tǒng)一定要對實時任務(wù)有很強的支持能力，所以一般嵌入式系統(tǒng)都會采用實時操作系統(tǒng)，根據(jù)不同應(yīng)用，選擇采用硬實時或軟實時。 --------------------------------------------- 2. 如何衡量一個實時操作系統(tǒng)的實時性能？ 主要有以下兩個重要指標：

7、 指標1、中斷響應(yīng)時間(可屏蔽中斷) 計算機接收到中斷信號到操作系統(tǒng)作出響應(yīng)，并完成切換轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序的時間。對于搶先式內(nèi)核，要先調(diào)用一個特定的函數(shù)，該函數(shù)通知內(nèi)核即將進行中斷服務(wù)，使得內(nèi)核可以跟蹤中斷的嵌套。搶先式內(nèi)核的中斷響應(yīng)時間由下式給出： 中斷響應(yīng)時間＝關(guān)中斷的最長時間+保護CPU 內(nèi)部寄存器的時間+進入中斷服務(wù)函數(shù)的執(zhí)行時間+開始執(zhí)行中斷服務(wù)例程(ISR)的第一條指令時間 請注意：中斷響應(yīng)時間是系統(tǒng)在最壞情況下響應(yīng)中斷的時間，某系統(tǒng)100次中有99次在50ms之內(nèi)響應(yīng)中斷，只有一次響應(yīng)中斷的時間是250ms，只能認為中斷響應(yīng)時間是250ms

8、。 指標2、任務(wù)切換時間 除為中斷處理提供確定性外，實時處理也需要支持周期性間隔的任務(wù)調(diào)度。大量控制系統(tǒng)要求周期性采樣與處理。某個特定任務(wù)必須按照固定的周期（p）執(zhí)行，從而確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性?？紤]一下汽車的防抱死系統(tǒng)（ABS）?？刂葡到y(tǒng)對車輛的每個車輪的轉(zhuǎn)速進行采樣（每秒最多 20次）并控制每個制動器的壓力（防止它鎖死）。為了保持控制系統(tǒng)的正常工作，傳感器的采樣與控制必須按照一定的周期間隔。這意味著必須搶占其他處理，以便ABS 任務(wù)能按照期望的周期執(zhí)行。 當多任務(wù)內(nèi)核決定運行另外的任務(wù)時，它把正在運行任務(wù)的當前狀態(tài)(即CPU寄存器中的全

9、部內(nèi)容)保存到任務(wù)自己的棧區(qū)之中。然后把下一個將要運行的任務(wù)的當前狀態(tài)從該任務(wù)的棧中重新裝入CPU的寄存器，并開始下一個任務(wù)的運行。這個過程就稱為任務(wù)切換。做任務(wù)切換所需要的時間取決于CPU 有多少寄存器要入棧。CPU的寄存器越多，額外負荷就越重。 系統(tǒng)實時性能重要指標的典型值 ----------------------------------------------------- ? ?? ?? ?? ?? ?? ?VxWorks? ? uC/OS-II? ?? ???RT-Linux2.0??QNX6?? 硬件平臺??MC68000??33MHz-486??60

10、MHz-486? ?33MHz-486?? 任務(wù)切換??3.8us? ?? ?? ? < 9us? ?? ?? ?? ?不詳? ?? ?? ?? ?? ? 12.57us?? 中斷響應(yīng)??< 3us? ?? ?? ? < 7.5us? ?? ?? ?25us? ?? ?? ?? ?? ? 7.54us?? ----------------------------------------------------- 參考文獻：《4種實時操作系統(tǒng)實時性的分析對比》 - 百度一下可以搜到 3. 實時操作系統(tǒng)的核心 - 任務(wù)調(diào)度(VxWorks) 既然實時性對于實時操作系統(tǒng)如此重

11、要，同學們，我們下面就來學習一下實現(xiàn)實時性的核心模塊 -任務(wù)調(diào)度。筆者所在的公司花了大把銀子購買風河的VxWorks，但是為了實現(xiàn)自己的可控性，除了任務(wù)調(diào)度模塊以外全部重寫，包括內(nèi)存管理、文件管理等其他核心模塊，但唯獨任務(wù)調(diào)度模塊除外，這可是人家的壓箱底法寶:-) 構(gòu)成應(yīng)用軟件系統(tǒng)的程序集合中，獨立的、相互作用的程序單元，在其執(zhí)行時稱之為任務(wù)，從系統(tǒng)的角度來看，任務(wù)是競爭系統(tǒng)資源的最小運行單元。單個CPU中，多任務(wù)機制制造了一個多個任務(wù)同時執(zhí)行的假象。其實系統(tǒng)只是根據(jù)一個多任務(wù)調(diào)度算法，將內(nèi)核插入到這些任務(wù)中執(zhí)行。實時系統(tǒng)VxWorks的一個任務(wù)可有多種狀態(tài)，但最基本

12、的狀態(tài)有以下四種： 1) 就緒態(tài)(Ready)：任務(wù)只等待系統(tǒng)分配CUP資源。 2) 掛起態(tài)(Pend)：任務(wù)需等待某些不可利用的資源而被阻塞。 3) 休眠態(tài)(Sleep)：如果系統(tǒng)不需要某一個任務(wù)工作，則這個任務(wù)處于休眠狀態(tài)。 4) 延遲態(tài)(Delay)：任務(wù)被延遲時所處的狀態(tài)。 大家可以在網(wǎng)上搜一下VxWorks任務(wù)調(diào)度的相關(guān)文章，一般都會配狀態(tài)機圖。 請注意：任務(wù)(task)、進程(process)、線程(thread)等概念相互聯(lián)系又相互區(qū)別，因為不是本文的重點，這里不多解釋，如果想詳細了解推薦看一看“Windows Kernel Program

13、ming”。在VxWorks中，因為每個任務(wù)沒有自己獨立的虛擬內(nèi)存空間，可以把任務(wù)理解為線程。 ---------------------------- 任務(wù)由系統(tǒng)內(nèi)核調(diào)度運行一段固定長度的時間，稱為時間片。調(diào)度是指為任務(wù)分配資源和時間，使系統(tǒng)滿足特定的性能要求。調(diào)度算法的目的是在正常情況下，盡可能滿足所有任務(wù)的時限：在峰值負載條件下，保證強實時任務(wù)滿足時限。因為時限是區(qū)分實時系統(tǒng)和非實時系統(tǒng)的關(guān)鍵因素，因此調(diào)度算法是實時系統(tǒng)的基本問題。實時操作系統(tǒng)所具有的運行性能，如吞吐量的大小、周轉(zhuǎn)時間的長短、相應(yīng)的及時性和可預測性等在很大程度上都取決于實時調(diào)度。 進程

14、調(diào)度可采用下述兩種方式: 1. 非搶占方式。采用這種調(diào)度方式，一旦把處理機分配給某進程后，便讓該進程一直執(zhí)行，直到該進程完成或發(fā)生某事件而被阻塞，才再把處理機分配給其他進程，決不允許某進程搶占已經(jīng)分配出去的處理機。顯然它難于滿足緊急任務(wù)的要求，實時系統(tǒng)中不宜采用這種調(diào)度方式。 2. 搶占方式。允許調(diào)度程序根據(jù)某種原則，去停止某個正在執(zhí)行的進程，將已分配給該進程的處理機，重新分配給另一進程。搶占的原則有： - 時間片原則。各進程按時間片運行，當一個時間片用完后，便停止該進程的執(zhí)行而重新進行調(diào)度。 -優(yōu)先權(quán)原則。當一個進程到來時，如果其優(yōu)先級比正在執(zhí)行的進程

15、的優(yōu)先級高，便停止正在執(zhí)行的進程，將處理機分配給優(yōu)先級高的進程，使之執(zhí)行。實時系統(tǒng)中一般采用基于優(yōu)先級的搶占式調(diào)度和輪轉(zhuǎn)調(diào)度的進程調(diào)度和中程調(diào)度相結(jié)合的調(diào)度策略。因此既可具有較大的靈活性，又能獲得極小的調(diào)度延遲。 VxWorks的wind內(nèi)核缺省調(diào)度機制為基于優(yōu)先級的搶占式調(diào)度。采用這種機制時，系統(tǒng)把處理機分配給優(yōu)先級最高的進程，使之執(zhí)行。一旦出現(xiàn)了另一個優(yōu)先級更高的進程時，進程調(diào)度程序剝奪當前任務(wù)的執(zhí)行，將處理機分配給高優(yōu)先級任務(wù)。而在相同優(yōu)先級的多個任務(wù)之間，采用時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度機制。采用這種機制時，當一個任務(wù)到達時，它被排在輪轉(zhuǎn)隊列的后面，等待分配給自己的時間片的到來，如

16、果在時間片內(nèi)沒有結(jié)束，則再等待屬于自己的時間片的到來，直到任務(wù)完成。 - 優(yōu)先級搶占式 ? ? 采用基于優(yōu)先級的搶占式調(diào)度，系統(tǒng)中每個任務(wù)都有一個介于最高0到最低255之間的優(yōu)先級。任一時刻，系統(tǒng)內(nèi)核一旦發(fā)現(xiàn)一個優(yōu)先級更高的任務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)榫途w態(tài)，內(nèi)核就保存當前任務(wù)的上下文并把當前任務(wù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為阻塞態(tài)，同時切換到這個高優(yōu)先級任務(wù)的上下文執(zhí)行。 - 輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法 ? ? 采用輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法，系統(tǒng)讓處于就緒態(tài)的優(yōu)先級相同的一組任務(wù)依次輪流執(zhí)行預先確定長度的時間片。這是一種處理機平均分配的方法。如果不使用輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法，優(yōu)先級相同的一組任務(wù)中第一個獲得處理機的任務(wù)將不會被阻塞而獨占

17、處理機，如果沒有阻塞或其他情況發(fā)生，它不會放棄處理機的使用權(quán)。 - 搶占調(diào)度與輪轉(zhuǎn)調(diào)度混合方式 ? ? 有時，基于優(yōu)先級的搶占式調(diào)度可與輪轉(zhuǎn)調(diào)度相結(jié)合。當優(yōu)先級相同的一組任務(wù)依次輪流平均分配處理機時，若有高優(yōu)先級的任務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)榫途w態(tài)則可搶占該組任務(wù)。直到再一次符合執(zhí)行條件時，該組任務(wù)才可再次共享處理機。 ? ? 為了任務(wù)控制的靈活性，VxWorks內(nèi)核還提供了動態(tài)優(yōu)先級機制，任務(wù)的優(yōu)先級在運行期間可動態(tài)地變化。同時，為了防止優(yōu)先級反轉(zhuǎn)，還具有優(yōu)先級繼承機制，通過使用互斥信號量可以防止高優(yōu)先級的任務(wù)被迫等待一段不確定時間，直到一個低優(yōu)先級任務(wù)完成。 參考文獻：《實時操作系統(tǒng)VxWo

18、rks的內(nèi)核任務(wù)調(diào)度研究》 - 百度一下可以搜到 4. Linux的任務(wù)調(diào)度 通用Linux系統(tǒng)支持實時和非實時兩種進程，實時進程相對于普通進程具有絕對的優(yōu)先級。對應(yīng)地，實時進程采用SCHED_FIFO或者SCHED_RR調(diào)度策略，普通的進程采用SCHED_OTHER調(diào)度策略。 在調(diào)度算法的實現(xiàn)上，Linux中的每個任務(wù)有四個與調(diào)度相關(guān)的參數(shù)，它們是rt_priority、policy、priority（nice）、counter。調(diào)度程序根據(jù)這四個參數(shù)進行進程調(diào)度。 在SCHED_OTHER調(diào)度策略中，調(diào)度器總是選擇那個priority+c

19、ounter值最大的進程來調(diào)度執(zhí)行。從邏輯上分析SCHED_OTHER調(diào)度策略存在著調(diào)度周期（epoch），在每一個調(diào)度周期中，一個進程的priority和counter值的大小影響了當前時刻應(yīng)該調(diào)度哪一個進程來執(zhí)行，其中priority是一個固定不變的值，在進程創(chuàng)建時就已經(jīng)確定，它代表了該進程的優(yōu)先級，也代表這該進程在每一個調(diào)度周期中能夠得到的時間片的多少；counter是一個動態(tài)變化的值，它反映了一個進程在當前的調(diào)度周期中還剩下的時間片。在每一個調(diào)度周期的開始，priority的值被賦給counter，然后每次該進程被調(diào)度執(zhí)行時，counter值都減少。當counter值為零時，該進程用完

20、自己在本調(diào)度周期中的時間片，不再參與本調(diào)度周期的進程調(diào)度。當所有進程的時間片都用完時，一個調(diào)度周期結(jié)束，然后周而復始。另外可以看出Linux系統(tǒng)中的調(diào)度周期不是靜態(tài)的，它是一個動態(tài)變化的量，比如處于可運行狀態(tài)的進程的多少和它們priority值都可以影響一個epoch的長短。值得注意的一點是，在2.4以上的內(nèi)核中，priority被nice所取代，但二者作用類似。 可見SCHED_OTHER調(diào)度策略本質(zhì)上是一種比例共享的調(diào)度策略，它的這種設(shè)計方法能夠保證進程調(diào)度時的公平性--一個低優(yōu)先級的進程在每一個epoch中也會得到自己應(yīng)得的那些CPU執(zhí)行時間，另外它也提供了不同

21、進程的優(yōu)先級區(qū)分，具有高priority值的進程能夠獲得更多的執(zhí)行時間。對于實時進程來說，它們使用的是基于實時優(yōu)先級rt_priority的優(yōu)先級調(diào)度策略，但根據(jù)不同的調(diào)度策略，同一實時優(yōu)先級的進程之間的調(diào)度方法有所不同： -SCHED_FIFO：不同的進程根據(jù)靜態(tài)優(yōu)先級進行排隊，然后在同一優(yōu)先級的隊列中，誰先準備好運行就先調(diào)度誰，并且正在運行的進程不會被終止直到以下情況發(fā)生：1.被有更高優(yōu)先級的進程所強占CPU；2.自己因為資源請求而阻塞；3.自己主動放棄CPU（調(diào)用sched_yield）； - SCHED_RR：這種調(diào)度策略跟上面的S

22、CHED_FIFO一模一樣，除了它給每個進程分配一個時間片，時間片到了正在執(zhí)行的進程就放棄執(zhí)行；時間片的長度可以通過sched_rr_get_interval調(diào)用得到； 由于Linux系統(tǒng)本身是一個面向桌面的系統(tǒng)，所以將它應(yīng)用于實時應(yīng)用中時存在如下的一些問題： - Linux系統(tǒng)中的調(diào)度單位為10ms，所以它不能夠提供精確的定時； - 當一個進程調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用進入內(nèi)核態(tài)運行時，它是不可被搶占的； - Linux內(nèi)核實現(xiàn)中使用了大量的封中斷操作會造成中斷的丟失； - 由于使用虛擬內(nèi)存技術(shù)，當發(fā)生頁出錯時，需要從硬盤中讀取交換數(shù)據(jù)，但硬盤讀寫由于

23、存儲位置的隨機性會導致隨機的讀寫時間，這在某些情況下會影響一些實時任務(wù)的截止期限； - 雖然Linux進程調(diào)度也支持實時優(yōu)先級，但缺乏有效的實時任務(wù)的調(diào)度機制和調(diào)度算法；它的網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的協(xié)議處理和其它設(shè)備的中斷處理都沒有與它對應(yīng)的進程的調(diào)度關(guān)聯(lián)起來，并且它們自身也沒有明確的調(diào)度機制； 參考文獻：《基于Linux的實時系統(tǒng)》 - 百度一下可以搜到 5. 實時Linux研究 呼哧呼哧寫了半天，終于到了重頭戲，實時Linux研究。前文說過，風河的VxWorks雖然性能大大的好，但是要花很多銀子，對于一般的軟實時應(yīng)用系統(tǒng)來說，還是用開源免費的實時Linux比較好。筆者所在的公司

24、也正在研究將平臺轉(zhuǎn)為Linux。有許多種方法可以賦予普通Linux實時的能力： 5.1 瘦內(nèi)核（微內(nèi)核）- Thin-Kernel 瘦內(nèi)核（或微內(nèi)核）方法使用了第二個內(nèi)核作為硬件與 Linux 內(nèi)核間的抽象接口。非實時 Linux內(nèi)核在后臺運行，作為瘦內(nèi)核的一項低優(yōu)先級任務(wù)托管全部非實時任務(wù)。實時任務(wù)直接在瘦內(nèi)核上運行。瘦內(nèi)核主要用于（除了托管實時任務(wù)外）中斷管理。瘦內(nèi)核截取中斷以確保非實時內(nèi)核無法搶占瘦內(nèi)核的運行。這允許瘦內(nèi)核提供硬實時支持。 雖然瘦內(nèi)核方法有自己的優(yōu)勢（硬實時支持與標準 Linux 內(nèi)核共存），但這種

25、方法也有缺點。實時任務(wù)和非實時任務(wù)是獨立的，這造成了調(diào)試困難。而且，非實時任務(wù)并未得到 Linux 平臺的完全支持（瘦內(nèi)核執(zhí)行稱為瘦 的一個原因）。 使用這種方法的例子有 RTLinux (現(xiàn)在由 Wind River Systems 專有)，實時應(yīng)用程序接口（RTAI）和 Xenomai。 5.2 超微內(nèi)核 這里瘦內(nèi)核方法依賴于包含任務(wù)管理的最小內(nèi)核，而超微內(nèi)核法對內(nèi)核進行更進一步的縮減。通過這種方式，它不像是一個內(nèi)核而更像是一個硬件抽象層（HAL）。超微內(nèi)核為運行于更高級別的多個操作系統(tǒng)提供了硬件資源共享。因為超微內(nèi)核對硬件進行了抽象，因此它可為更高級別的

26、操作系統(tǒng)提供優(yōu)先權(quán)，從而支持實時性。 注意，這種方法和運行多個操作系統(tǒng)的虛擬化方法有一些相似之處。使用這種方法的情況下，超微內(nèi)核在實時和非實時內(nèi)核中對硬件進行抽象。這與 hypervisor 從客戶（guest）操作系統(tǒng)對裸機進行抽象的方式很相似。 關(guān)于超微內(nèi)核的示例是操作系統(tǒng)的 Adaptive Domain Environment for Operating Systems(ADEOS)。ADEOS 支持多個并發(fā)操作系統(tǒng)同步運行。當發(fā)生硬件事件后，ADEOS對鏈中的每個操作系統(tǒng)進行查詢以確定使用哪一個系統(tǒng)處理事件。

27、 5.3 資源內(nèi)核（Resource-kernel） 另一個實時架構(gòu)是資源內(nèi)核法。這種方法為內(nèi)核增加一個模塊，為各種資源提供預留（reservation）。這種機制保證了對時分復用（time-multiplexed）系統(tǒng)資源的訪問（CPU、網(wǎng)絡(luò)或磁盤帶寬）。這些資源擁有多個預留參數(shù)，如循環(huán)周期、需要的處理時間（也就是完成處理所需的時間），以及截止時間。 資源內(nèi)核提供了一組應(yīng)用程序編程接口（API），允許任務(wù)請求這些預留資源。然后資源內(nèi)核可以合并這些請求，使用任務(wù)定義的約束定義一個調(diào)度，從而提供確定的訪問（如果無法提供確定性則

28、返回錯誤）。通過調(diào)度算法，如 Earliest-Deadline-First(EDF)，內(nèi)核可以處理動態(tài)的調(diào)度負載。 資源內(nèi)核法實現(xiàn)的一個示例是 CMU 公司的 Linux/RK，它把可移植的資源內(nèi)核集成到 Linux 中作為一個可加載模塊。這種實現(xiàn)演化成商用的 TimeSys Linux/RT 產(chǎn)品。 5.4 標準的Linux內(nèi)核最新版本2.6中加入了實時功能 目前探討的這些方法在架構(gòu)上都很有趣，但是它們都在內(nèi)核的外圍運行。然而，如果對標準 Linux 內(nèi)核進行必要的修改使其支持實時性，結(jié)果會怎么樣呢？ 今天，在 2

29、.6 內(nèi)核中，通過對內(nèi)核進行簡單配置使其完全可搶占，您就可以得到軟實時功能。在標準 2.6 Linux內(nèi)核中，當用戶空間的進程執(zhí)行內(nèi)核調(diào)用時（通過系統(tǒng)調(diào)用），它便不能被搶占。這意味著如果低優(yōu)先級進程進行了系統(tǒng)調(diào)用后，高優(yōu)先級進程必須等到調(diào)用結(jié)束后才能訪問 CPU。 新的配置選項 CONFIG_PREEMPT 改變了這一內(nèi)核行為，在高優(yōu)先級任務(wù)可用的情況下（即使此進程正在進行系統(tǒng)調(diào)用），它允許進程被搶占。 但這種配置選項也是一種折衷。雖然此選項實現(xiàn)了軟實時性能并且即使在負載條件下也可使操作系統(tǒng)順利地運行，但這樣做也付出了代價。

30、代價就是略微減低了吞吐量以及內(nèi)核性能，原因是 CONFIG_PREEMPT 選項增加了開銷。這種選項對桌面和嵌入式系統(tǒng)而言是有用的，但并不是在任何場景下都有用（例如，服務(wù)器）。 在 2.6 內(nèi)核中另一項有用的配置選項是高精度定時器。這個新選項允許定時器以 1μs 的精度運行（如果底層硬件支持的話），并通過紅黑樹實現(xiàn)對定時器的高效管理。通過紅黑樹，可以使用大量的定時器而不會對定時器子系統(tǒng)（O(log n)）的性能造成影響。 只需要一點額外的工作，就可以通過 PREEMPT_RT 補丁實現(xiàn)硬實時。PREEMPT_RT補丁提供了多項修改，可實現(xiàn)硬實時支

31、持。其中一些修改包括重新實現(xiàn)一些內(nèi)核鎖定原語，從而實現(xiàn)完全可搶占，實現(xiàn)內(nèi)核互斥的優(yōu)先級繼承，并把中斷處理程序轉(zhuǎn)換為內(nèi)核線程以實現(xiàn)線程可搶占。 二．硬實時和軟實時區(qū)別 分類：?rtems2010-01-14 09:44?1497人閱讀?評論(0)?收藏?舉報 　　嵌入式實時系統(tǒng)中采用的操作系統(tǒng)我們稱為嵌入式實時操作系統(tǒng)，它既是嵌入式操作系統(tǒng)，又是實時操作系統(tǒng)。作為一種嵌入式操作系統(tǒng)，它具有嵌入式軟件共有的可裁剪、低資源占用、低功耗等特點；而作為一種實時操作系統(tǒng)（本文對實時操作系統(tǒng)特性的討論僅限于強實時操作系統(tǒng)，下面提到的實時操作系統(tǒng)也均指強實時操作系統(tǒng)），它與通用操作系統(tǒng)（如Windows

32、、Unix、Linux等）相比有很大的差別，下面我們將通過比較這兩種操作系統(tǒng)之間的差別來逐步描述實時操作系統(tǒng)的主要特點。? 實時操作系統(tǒng)?(Real-time OS) 是相對于分時操作系統(tǒng) (Time-Sharing OS) 的一個概念。在一個分時操作系統(tǒng)中，計算機資源會被平均地分配給系統(tǒng)內(nèi)所有的工作。在分時系統(tǒng)中，各項任務(wù)需要花多長時間來完成，這一點并不重要;而在一個實時操作系統(tǒng)之中，最關(guān)注的是每個任務(wù)在多長時間內(nèi)可以完成。簡單地說，實時和分時操作系統(tǒng)最大的不同在于 “時限(deadline)”這個概念。 實時操作系統(tǒng)的特點： ???硬實時與軟實時之間最關(guān)鍵的差別在于，軟實時只能提供統(tǒng)

33、計意義上的實時。例如，有的應(yīng)用要求系統(tǒng)在95%的情況下都會確保在規(guī)定的時間內(nèi)完成某個動作，而不一定要求100%。在許多情況下，這樣的“軟性”正確率已經(jīng)可以達到用戶期望的水平。比如，用戶在操作DVD播放機時，只要98%的情況都能正常播放，用戶可能就滿意了;而發(fā)射衛(wèi)星、控制核反應(yīng)堆的應(yīng)用系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的實時性必須達到100%，是絕對不允許出現(xiàn)意外。 1、異步事件的響應(yīng) 2、切換延遲和中斷延遲時間的確定 3、優(yōu)先級中斷和調(diào)度 4、搶占式調(diào)度 5、內(nèi)存鎖定 6、連續(xù)文件 7、同步 著名的硬實時系統(tǒng)包括： VxWorks,rtems, rtlinux, ThreadX, QNX,Nuc

34、leus等， 軟實時系統(tǒng)包括：Linux2.6.X, winCE 　　從上述區(qū)別中可以看出，在實時操作系統(tǒng)中，系統(tǒng)必須在特定的時間內(nèi)完成指定的應(yīng)用，具有較強的“剛性”，而分時操作系統(tǒng)則注重將系統(tǒng)資源平均地分配給各個應(yīng)用，不太在意各個應(yīng)用的進度如何，什么時間能夠完成。不過，就算是實時操作系統(tǒng)，其“剛性”和“柔性”的程度也有所不同，就好像是系統(tǒng)的“硬度”有所不同，因而有了所謂的“硬實時(hard real-time)”和“軟實時 ( soft real-time)”。硬實時系統(tǒng)有一個剛性的、不可改變的時間限制，它不允許任何超出時限的錯誤。超時錯誤會帶來損害甚至導致系統(tǒng)失敗、或者導致系統(tǒng)不能實現(xiàn)它的預期目標。軟實時系統(tǒng)的時限是一個柔性靈活的，它可以容忍偶然的超時錯誤。失敗造成的后果并不嚴重，例如在網(wǎng)絡(luò)中僅僅是輕微地降低了系統(tǒng)的吞吐量。