VXWORKS內(nèi)核分析

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1． 實時操作系統(tǒng)的結構
在計算的早期開發(fā)的操作系統(tǒng)的最原始的結構形式是一個統(tǒng)一的實體(monolithic)。在這樣的系統(tǒng)中，提供的不同功能的模塊，如處理器管理、內(nèi)存管理、輸入輸出等，通常是獨立的。然而他們在執(zhí)行過程中并不考慮其他正在使用中的模塊，各個模塊都以相同的時間粒度運行。
由于現(xiàn)代實時環(huán)境需要許多不同的功能，以及在這樣的環(huán)境中存在的并發(fā)活動所引起的異步性和非確定性，操作系統(tǒng)變得更加復雜。所以早期操作系統(tǒng)的統(tǒng)一結構的組織已經(jīng)被更加精確的內(nèi)部結構所淘汰。層次結構的起點----內(nèi)核
操作系統(tǒng)的最好的內(nèi)部結構模型是一個層次性的結構，最低層是內(nèi)核。這些層次可以看成為一個倒置的金字塔，每一層都建立在較低層的功能之上。 內(nèi)核僅包含一個操作系統(tǒng)執(zhí)行的最重要的低層功能。正象一個統(tǒng)一結構的操作系統(tǒng)，內(nèi)核提供了在高層軟件與下層硬件之間的抽象層。然而，內(nèi)核僅提供了構造操作系統(tǒng)其他部分所需的最小操作集。
對一個實時內(nèi)核的要求
一個實時操作系統(tǒng)內(nèi)核需滿足許多特定的實時環(huán)境所提出的基本要求，這些包括： 多任務：由于真實世界的事件的異步性，能夠運行許多并發(fā)進程或任務是很重要的。多任務提供了一個較好的對真實世界的匹配，因為它允許對應于許多外部事件的多線程執(zhí)行。系統(tǒng)內(nèi)核分配CPU給這些任務來獲得并發(fā)性。
搶占調(diào)度：真實世界的事件具有繼承的優(yōu)先級，在分配CPU的時候要注意到這些優(yōu)先級。基于優(yōu)先級的搶占調(diào)度，任務都被指定了優(yōu)先級， 在能夠執(zhí)行的任務（沒有被掛起或正在等待資源）中，優(yōu)先級最高的任務被分配CPU資源。換句話說，當一個高優(yōu)先級的任務變?yōu)榭蓤?zhí)行態(tài)，它會立即搶占當前正在運行的較低優(yōu)先級的任務。
快速靈活的任務間的通信與同步：在一個實時系統(tǒng)中，可能有許多任務作為一個應用的一部分執(zhí)行。系統(tǒng)必須提供這些任務間的快速且功能強大的通信機制。內(nèi)核也要提供為了有效地共享不可搶占的資源或臨界區(qū)所需的同步機制。
方便的任務與中斷之間的通信：盡管真實世界的事件通常作為中斷方式到來，但為了提供有效的排隊、優(yōu)先化和減少中斷延時，我們通常希望在任務級處理相應的工作。所以需要雜任務級和中斷級之間存在通信。
性能邊界：一個實時內(nèi)核必須提供最壞情況的性能優(yōu)化，而非針對吞吐量的性能優(yōu)化。我們更期望一個系統(tǒng)能夠始終以50微妙執(zhí)行一個函數(shù)，而不期望系統(tǒng)平均以10微妙執(zhí)行該函數(shù)，但偶爾會以75微妙執(zhí)行它。
特殊考慮：由于對實時內(nèi)核的要求的增加，必須考慮對內(nèi)核支持不斷增加的復雜功能的要求。這包括多進程處理，Ada和對更新的、功能更強的處理器結構如RISC的支持。

擁有其它名字的內(nèi)核
許多商用化的內(nèi)核支持的功能遠強于上面所列的要求。在這方面，他們不是真正的內(nèi)核，而更象一個小的統(tǒng)一結構的操作系統(tǒng)。因為他們包含簡單的內(nèi)存分配、時鐘管理、甚至一些輸入輸出系統(tǒng)調(diào)用的功能。
這種分類不僅僅是在語義上的爭論，在這篇文章的后面章節(jié)將說明限制內(nèi)核功能和油畫這些功能的重要性。
2． VxWorks內(nèi)核：Wind
VxWorks操作系統(tǒng)是一種功能最全的現(xiàn)在可以獲得的獨立于處理器的實時系統(tǒng)。然而，VxWorks是帶有一個相當小的真正微內(nèi)核的層次結構。內(nèi)核僅提供多任務環(huán)境、進程間通信和同步功能。這些功能模塊足夠支持VxWorks在較高層次所提供的豐富的性能的要求。 通常內(nèi)核操作對于用戶是不可見的。應用程序為了實現(xiàn)需要內(nèi)核參與的任務管理和同步使用一些系統(tǒng)調(diào)用，但這些調(diào)用的處理對于調(diào)用任務是不可見的。應用程序僅鏈接恰當?shù)腣xWorks例程（通常使用VxWorks的動態(tài)鏈接功能），就象調(diào)用子程序一樣發(fā)出系統(tǒng)調(diào)用。這種接口不象有些系統(tǒng)需要一個笨拙的跳轉(zhuǎn)表接口，用戶需要通過一個整數(shù)來指定一個內(nèi)核功能調(diào)用。
多任務
內(nèi)核的基本功能是提供一個多任務環(huán)境。多任務使得許多程序在表面上表現(xiàn)為并發(fā)執(zhí)行，而事實上內(nèi)核是根據(jù)基本的調(diào)度算法使他們分段執(zhí)行。每個明顯獨立的程序被成為一個任務。每個任務擁有自己的上下文，其中包含在內(nèi)核調(diào)度使該任務執(zhí)行的時候它所看到的CPU環(huán)境和系統(tǒng)資源。
任務狀態(tài)
內(nèi)核維護系統(tǒng)中的每個任務的當前狀態(tài)。狀態(tài)遷移發(fā)生在應用程序調(diào)用內(nèi)核功能服務的時候。下面定義了wind內(nèi)核狀態(tài)：
就緒態(tài)----一個任務當前除了CPU不等待任何資源
阻塞態(tài)----一個任務由于某些資源不可獲得而被阻塞
延遲態(tài)----一個任務睡眠一段時間
掛起態(tài)----主要用于調(diào)試的一個輔助狀態(tài)，掛起禁止任務的執(zhí)行
任務被創(chuàng)建以后進入掛起態(tài)，需要通過特定的操作使被創(chuàng)建的任務進入就緒態(tài)，這一操作執(zhí)行速度很快，使應用程序能夠提前創(chuàng)建任務，并以一種快捷的方式激活該任務。
調(diào)度控制
多任務需要一個調(diào)度算法分配CPU給就緒的任務。在VxWorks中默認的調(diào)度算法是基于優(yōu)先級的搶占調(diào)度，但應用程序也可以選擇使用時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度。
基于優(yōu)先級搶占調(diào)度：基于優(yōu)先級的搶占調(diào)度，每個任務被指定一個優(yōu)先級，內(nèi)核分配CPU給處于就緒態(tài)的優(yōu)先級最高的任務。調(diào)度采用搶占的方式，是因為當一個優(yōu)先級高于當前任務的任務變?yōu)榫途w態(tài)時，內(nèi)核將立即保存當前任務的上文，并切換到高優(yōu)先級任務的上文。VxWorks有從0到255共256個優(yōu)先級。在創(chuàng)建的時候任務被指定一個優(yōu)先級，在任務運行的過程中可以動態(tài)地修改優(yōu)先級以便跟蹤真實世界的事件優(yōu)先級。外部
中斷被指定優(yōu)先于任何任務的優(yōu)先級，這樣能夠在任何時候搶占一個任務。
時間片輪轉(zhuǎn)：基于優(yōu)先級搶占調(diào)度可以擴充時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度。時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度允許在相同優(yōu)先級的處于就緒態(tài)的任務公平地共享CPU。沒有時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度，當有多個任務在同一優(yōu)先級共享處理器時，一個任務可能獨占CPU，不會被阻塞直到被一個更高優(yōu)先級的任務搶占，而不給同一優(yōu)先級的其他任務運行的機會。如果時間片輪轉(zhuǎn)被使能，執(zhí)行任務的時間計數(shù)器在每個時鐘滴答遞增。當指定的時間片耗盡，計數(shù)器會被清零，該任
務被放在同一優(yōu)先級任務隊列的隊尾。加入特定優(yōu)先級組的新任務被放在該組任務的隊尾，并將運行計數(shù)器初始化為零。
基本的任務函數(shù)
用于狀態(tài)控制的基本任務函數(shù)包括一個任務的創(chuàng)建、刪除、掛起和喚醒。一個任務也可以使自己睡眠一個特定的時間間隔不去運行。許多其他任務例程提供由任務上下文獲得的狀態(tài)信息。這些例程包括訪問一個任務當前處理器寄存器控制。
任務刪除問題
wind內(nèi)核提供防止任務被意外刪除的機制。通常，一個執(zhí)行在臨界區(qū)或訪問臨界資源的任務要被特別保護。我們設想下面的情況：一個任務獲得一些數(shù)據(jù)結構的互斥訪問權，當它正在臨界區(qū)內(nèi)執(zhí)行時被另一個任務刪除。由于任務無法完成對臨界區(qū)的操作，該數(shù)據(jù)結構可能還處于被破壞或不一致的狀態(tài)。而且，假想任務沒有機會釋放該資源，那麼現(xiàn)在其他任何任務現(xiàn)在就不能獲得該資源，資源被凍結了。
任何要刪除或終止一個設定了刪除保護的任務的任務將被阻塞。當被保護的任務完成臨界區(qū)操作以后，它將取消刪除保護以使自己可以被刪除，從而解阻塞刪除任務
。
正如上面所展示的，任務刪除保護通常伴有互斥操作。
這樣，為了方便性和效率，互斥信號量包含了刪除保護選項。（參見"互斥信號量"）
任務間通信
為了提供完整的多任務系統(tǒng)的功能，wind內(nèi)核提供了一套豐富的任務間通信與同步的機制。這些通信功能使一個應用中各個獨立的任務協(xié)調(diào)他們的活動。
共享地址空間
wind內(nèi)核的任務間通信機制的基礎是所有任務所在的共享地址空間。通過共享地址空間，任務能夠使用共享數(shù)據(jù)結構的指針自由地通信。管道不需要映射一塊內(nèi)存區(qū)到兩個互相通信任務的尋址空間。
不幸的是，共享地址空間具有上述優(yōu)點的同時，帶來了未被保護內(nèi)存的重入訪問的危險。UNIX操作系統(tǒng)通過隔離進程提供這樣的保護，但同時帶來了對于實時操作系統(tǒng)來說巨大的性能損失。
互斥操作
當一個共享地址空間簡化了數(shù)據(jù)交換，通過互斥訪問避免資源競爭就變?yōu)楸匾牧?。用來獲得一個資源的互斥訪問的許多機制僅在這些互斥所作用的范圍上存在差別。實現(xiàn)互斥的方法包括禁止中斷、禁止任務搶占和通過信號量進行資源鎖定。
中斷禁止：最強的互斥方法是屏蔽中斷。這樣的鎖定保證了對CPU的互斥訪問。這種方法當然能夠解決互斥的問題，但它對于實時是不恰當?shù)?，因為它在鎖定期間阻止系統(tǒng)響應外部事件。長的中斷延時對于要求有確定的響應時間的應用來說是不可接受的。
搶占禁止：禁止搶占提供了強制性較弱的互斥方式。 當前任務運行的過程中不允許其他任務搶占，而中斷服務程序可以執(zhí)行。這也可能引起較差的實時響應，就象被禁止中斷一樣，被阻塞的任務會有相當長時間的搶占延時，就緒態(tài)的高優(yōu)先級的任務可能會在能夠執(zhí)行前被強制等待一段不可接受的時間。為避免這種情況，在可能的情況下盡量使用信號量實現(xiàn)互斥。
互斥信號量：信號量是用于鎖定共享資源訪問的基本方式。不象禁止中斷或搶占，信號量限制了互斥操作僅作用于相關的資源。一個信號量被創(chuàng)建來保護資源。VxWorks的信號量遵循Dijkstra的P()和V()操作模式。
當一個任務請求信號量，P()， 根據(jù)在發(fā)出調(diào)用時信號量的置位或清零的狀態(tài)， 會發(fā)生兩種情況。如果信號量處于置位態(tài)， 信號量會被清零，并且任務立即繼續(xù)執(zhí)行。如果信號量處于清零態(tài)，任務會被阻塞來等待信號量。
當一個任務釋放信號量，V()，會發(fā)生幾種情況。如果信號量已經(jīng)處于置位態(tài)，釋放信號量不會產(chǎn)生任何影響。如果信號量處于清零態(tài)且沒有任務等待該信號量，信號量只是被簡單地置位。如果信號量處于清零態(tài)且有一個或多個任務等待該信號量，最高優(yōu)先級的任務被解阻塞，信號量仍為清零態(tài)。
通過將一些資源與信號量關聯(lián)，能夠?qū)崿F(xiàn)互斥操作。當一個任務要操作資源，它必須首先獲得信號量。只要任務擁有信號量，所有其他的任務由于請求該信號量而被阻塞。當一個任務使用完該資源，它釋放信號量，允許等待該信號量的另一個任務訪問該資源。
Wind內(nèi)核提供了二值信號量來解決互斥操作所引起的問題。 這些問題包括資源擁有者的刪除保護，由資源競爭引起的優(yōu)先級逆轉(zhuǎn)。
刪除保護----互斥引起的一個問題會涉及到任務刪除。在由信號量保護的臨界區(qū)中，需要防止執(zhí)行任務被意外地刪除。刪除一個在臨界區(qū)執(zhí)行的任務是災難性的。資源會被破壞，保護資源的信號量會變?yōu)椴豢色@得，從而該資源不可被訪問。通常刪除保護是與互斥操作共同提供的。由于這個原因，互斥信號量通常提供選項來隱含地提供前面提到的任務刪除保護的機制。
優(yōu)先級逆轉(zhuǎn)/優(yōu)先級繼承----優(yōu)先級逆轉(zhuǎn)發(fā)生在一個高優(yōu)先級的任務被強制等待一段不確定的時間以便一個較低優(yōu)先級的任務完成執(zhí)行?？紤]下面的假設：
T1，T2和T3分別是高、中、低優(yōu)先級的任務。T3通過擁有信號量而獲得相關的資源。當T1搶占T3，為競爭使用該資源而請求相同的信號量的時候，它被阻塞。如果我們假設T1僅被阻塞到T3使用完該資源為止，情況并不是很糟。畢竟資源是不可被搶占的。然而，低優(yōu)先級的任務并不能避免被中優(yōu)先級的任務搶占，一個搶占的任務如T2將阻止T3完成對資源的操作。這種情況可能會持續(xù)阻塞T1等待一段不可確定的時間。這種情況成為優(yōu)先級逆轉(zhuǎn)，因為盡管系統(tǒng)是基于優(yōu)先級的調(diào)度，但卻使一個高優(yōu)先級的任務等待一個低優(yōu)先級的任務完成執(zhí)行。
互斥信號量有一個選項允許實現(xiàn)優(yōu)先級繼承的算法。優(yōu)先級繼承通過在T1被阻塞期間提升T3的優(yōu)先級到T1解決了優(yōu)先級逆轉(zhuǎn)引起的問題。這防止了T3，間接地防止T1，被T2搶占。通俗地說，優(yōu)先級繼承協(xié)議使一個擁有資源的任務以等待該資源的任務中優(yōu)先級最高的任務的優(yōu)先級執(zhí)行。當執(zhí)行完成，任務釋放該資源并返回到它正常的或標準的優(yōu)先級。因此，繼承優(yōu)先級的任務避免了被任何中間優(yōu)先級的任務搶占。
同步
信號量另一種通常的用法是用于任務間的同步機制。在這種情況下，信號量代表一個任務所等待的條件或事件。最初，信號量是在清零態(tài)。一個任務或中斷通過置位該信號量來指示一個事件的發(fā)生。等待該信號量的任務將被阻塞直到事件發(fā)生、該信號量被置位。一旦被解阻塞，任務就執(zhí)行恰當?shù)氖录幚沓绦?。信號量在任務同步中的應用對于將中斷服務程序從冗長的事件處理中解放出來以縮短中斷響應時間是很有用的。
消息隊列
消息隊列提供了在任務與中斷服務程序或其他任務間交換變長消息的一種較低層的機制。這種機制在功能上類似于管道，但有較少的開銷。
管道、套接字、遠程過程調(diào)用和更多
許多高層的VxWorks機制提供任務間通信的更高層的抽象，包括管道、TCP/IP套接字、遠程過程調(diào)用和更多。為了保持裁減內(nèi)核為僅包含足夠支持高層功能的一個最小函數(shù)集的設計目標，這些特性都是基于上面描述的內(nèi)核同步方式的。
3． 內(nèi)核設計的優(yōu)點
wind內(nèi)核的一個重要的設計特性是最小的搶占延時。其他的主要設計的優(yōu)點包括史無前例的可配置性，對不可預見的應用需求的可擴展性，在各種微處理器應用開發(fā)中的移植性。
最小的搶占延時
正如前面所討論的，禁止搶占是獲得代碼臨界資源互斥操作的通常手段。這種技巧的不期望的負面影響是高的搶占延時，這可以通過盡量使用信號量實現(xiàn)互斥和保持臨界區(qū)盡量緊湊被減小。但即使廣泛地使用信號量也不能解決所有的可能導致?lián)屨佳訒r的根源。內(nèi)核本身就是一個導致?lián)屨佳訒r的根源。為了理解其原因，我們必須更好地理解內(nèi)核所需的互斥操作。
內(nèi)核級和任務級
在任何多任務系統(tǒng)中，大量的應用是發(fā)生在一個或多個任務的上下文。然而，有些CPU時間片不在任何任務的上下文。這些時間片發(fā)生在內(nèi)核改變內(nèi)部隊列或決定任務調(diào)度。在這些時間片中，CPU在內(nèi)核級執(zhí)行，而非任務級。
為了內(nèi)核安全地操作它的內(nèi)部的數(shù)據(jù)結構，必須有互斥操作。內(nèi)核級沒有相關的任務上下文，內(nèi)核不能使用信號量保護內(nèi)部鏈表。內(nèi)核使用工作延期作為實現(xiàn)互斥的方式。當有內(nèi)核參與時，中斷服務程序調(diào)用的函數(shù)不是被直接激活，而是被放在內(nèi)核的工作
隊列中。內(nèi)核完成這些請求的執(zhí)行而清空內(nèi)核工作隊列。
當內(nèi)核正在執(zhí)行已經(jīng)被請求服務時系統(tǒng)將不響應到達內(nèi)核的函數(shù)調(diào)用?？梢院唵蔚卣J為內(nèi)核狀態(tài)類似于禁止搶占。如前面所討論的，搶占延時在實時系統(tǒng)中是不期望有的，因為它增加了對于會引起應用任務重新調(diào)度的事件的響應時間.
管操作系統(tǒng)在內(nèi)核級（此時禁止搶占）完全避免消耗時間是不可能的，但減少這些時間是很重要的。這是減少由內(nèi)核執(zhí)行的函數(shù)的數(shù)量的主要原因， 也是不采用統(tǒng)一結構的系統(tǒng)設計方式的原因。例如，有一種流行的實時操作系統(tǒng)的每個函數(shù)都是在內(nèi)核級執(zhí)行。這意味著當一個低優(yōu)先級的任務在執(zhí)行分配內(nèi)存、獲得任務信息的函數(shù)時所有高優(yōu)先級的任務被禁止搶占。
一個最小的內(nèi)核
已經(jīng)說明了一個最小內(nèi)核的優(yōu)點和構造高層操作系統(tǒng)功能的必要功能，我們使用這些操作原語來執(zhí)行一個傳統(tǒng)的內(nèi)核級功能，而在VxWorks中作為任務級功能執(zhí)行，內(nèi)存管理。 在這個例子中，考慮用戶可調(diào)用的子例程malloc， 用于分配所請求大小的內(nèi)存區(qū)并返回一個指向該內(nèi)存區(qū)的指針。假定空閑內(nèi)存區(qū)是通過搜索一個空閑內(nèi)存塊的隊列找到的，一個信號量必須被用來保護這個非搶占多用戶資源。分配內(nèi)存的操作如下：
獲得互斥信號量
搜索空閑內(nèi)存塊鏈表
釋放互斥信號量
值得注意的是搜索一個足夠大的空閑內(nèi)存塊的可能的冗長的時間是發(fā)生在調(diào)用任務的上下文中。這是可以被高優(yōu)先級的任務搶占的（除了信號量調(diào)用的這段執(zhí)行時間）。

在一個標準的統(tǒng)一結構的實時內(nèi)核中，內(nèi)存分配例程操作如下：
進入內(nèi)核
搜索空閑內(nèi)存塊鏈表
退出內(nèi)核
整個內(nèi)存分配發(fā)生在內(nèi)核級，任務搶占被禁止如果高優(yōu)先級的任務在此時變?yōu)榫途w態(tài)，它必須等待直到內(nèi)核為低優(yōu)先級的任務完成內(nèi)存分配。有些操作系統(tǒng)甚至在這段市時間禁止中斷。
任務級操作系統(tǒng)服務
Wind River System的實時操作系統(tǒng)，VxWorks，顯示了這樣設計的一個最小內(nèi)核是能夠滿足需求的。VxWorks是現(xiàn)在能夠獲得的獨立于任何處理器的、擁有相當小內(nèi)核的、功能完全的層次結構的實時操作系統(tǒng)。
VxWorks在內(nèi)核之上提供了大量的功能。它包括內(nèi)存管理，一個完整的BSD4.3網(wǎng)絡包，TCP/IP，網(wǎng)絡文件系統(tǒng)（NFS），遠程過程調(diào)用（RPC），UNIX兼容的鏈接加載模塊，C語言的解釋界面，各種類型的定時器，性能監(jiān)測組件，調(diào)試工具，額外的通信工具如管道、信號和套接字，I/O和文件系統(tǒng)，和許多功能例程。這些都不是運行在內(nèi)核級，所以不會禁止中斷或任務搶占。
可配置性
實時應用有多種內(nèi)核需求。沒有哪個內(nèi)核有一個用來滿足每種需求的很好的設計折衷。然而，一個內(nèi)核可以通過配置來調(diào)整特定的性能特性，裁減實時系統(tǒng)來最好地適應一個應用的要求。不可預見的內(nèi)核配置性以用戶可選擇的內(nèi)核排隊算法的形式提供給應用。
排隊策略
VxWorks中的排隊庫是獨立于使用他們的內(nèi)核隊列功能而執(zhí)行的，這樣提供了將來增加新的排隊方式的靈活性。
在VxWorks中有各種內(nèi)核隊列。就緒隊列是一個按優(yōu)先級索引的所有等待調(diào)度的任務隊列。滴答隊列用于定時功能。信號量是一個等待信號量的被阻塞任務的鏈表?；顒雨犃惺且粋€系統(tǒng)中所有任務的一個先進先出（FIFO）的鏈表。這些隊列中的每個隊列都需要一個不同的排隊算法。這些算法不是被內(nèi)嵌在內(nèi)核中，而是被抽取到一個自治的、可轉(zhuǎn)換的排隊庫中。這種靈活的組織形式是滿足特殊的配置需求的基礎。
可擴展性
支持不可預見的內(nèi)核擴展的能力與以有功能的可配置性是同樣重要的。簡單的內(nèi)核接口和互斥方法使內(nèi)核級功能擴展相當容易； 在某些情況下，應用可以僅利用內(nèi)核鉤子函數(shù)來實現(xiàn)特定的擴展。
內(nèi)部鉤子函數(shù)
為了不修改內(nèi)核而能夠向系統(tǒng)增加額外的任務相關的功能，VxWorks提供了任務創(chuàng)建、切換和刪除的鉤子函數(shù)。這些允許在任務被創(chuàng)建、 上下文切換和任務被刪除的時候額外的例程被調(diào)用執(zhí)行。這些鉤子函數(shù)可以利用任務上下文中的空閑區(qū)創(chuàng)建wind內(nèi)核的任務特性。
未來考慮
有許多系統(tǒng)函數(shù)現(xiàn)在變得越來越重要，而且會影響到內(nèi)核設計時的搶占延時。盡管涉及這些問題一個完整的討論超出了本文的范圍，但值得簡單地提一下。
RISC/CISC
設計一個獨立于CPU的操作系統(tǒng)一直是一個挑戰(zhàn)。隨著新的RSIC（精簡指令集）處理器變得很流行，這些難度也加大了。為了在RISC環(huán)境下有效地執(zhí)行，內(nèi)核和操作系統(tǒng)需要有執(zhí)行不同策略的靈活性。
例如，考慮在任務切換時內(nèi)核執(zhí)行的例程。在CISC（復雜指令集，如680x0或80x86）CPU，內(nèi)核為每個任務存儲一套完整的寄存器，在運行任務的時候?qū)⑦@些寄存器換入換出。在一個RISC機器上，這樣是不合理的，因為涉及到太多的寄存器。所以內(nèi)核需要一個更精密復雜的策略，如為任務緩存寄存器，允許應用指定一些寄存器給特殊的任務。

移植性
為了使wind內(nèi)核在他們出現(xiàn)的結構上能夠運行，需要有一個可移植的內(nèi)核版本。這使移植是可行的，但不是最優(yōu)化的。
多處理
支持緊耦合的多處理需求要求實時內(nèi)核的內(nèi)部功能包含，在理想情況下，在遠端請求內(nèi)核調(diào)用，如從一個處理器到另一個處理器。這就要涉及到信號量調(diào)用（為處理器間同步）和任務調(diào)用（為了控制另一個CPU上的任務）。這種復雜性無疑會增加內(nèi)核級功能調(diào)用的開銷，但是許多服務如對象標識可以在任務級執(zhí)行。在多處理系統(tǒng)中保持一個最小內(nèi)核的優(yōu)點是處理器之間的互鎖可以有較好的時間粒度。大的內(nèi)核將在內(nèi)核級消耗額外的時間，僅能獲得粗糙的互鎖時間粒度。
Ada
Ada語言為實時系統(tǒng)設計者提供了象聚會機制這樣的任務原語。異常處理、任務終止、終止替換和聚會都將潛在地影響內(nèi)核設計。這些操作可以由前面討論的任務和同步機制構造，為了保持減小搶占延時的設計目標，許多工作能夠在任務級執(zhí)行。
4． 實時內(nèi)核的重要尺度
許多性能特性被用來比較以有的實時內(nèi)核，這些包括：
快速的任務上下文切換----由于實時系統(tǒng)的多任務的特性，系統(tǒng)能夠快速地從一個任務切換到另一個任務是很重要的。在分時系統(tǒng)中，如UNIX，上下文切換是在ms級。Wind內(nèi)核執(zhí)行原始上下文切換只用17us。
最小的同步開銷----因為同步是實現(xiàn)資源互斥訪問的基本方法，這些操作所引起的開銷最小化是很重要的。在VxWorks中，請求和釋放二值信號量僅用8us。
最小的中斷延時----因為外部世界來的事件通常以中斷的形式到來，操作系統(tǒng)快速的處理這些中斷是很重要的。內(nèi)核在操作一些臨界數(shù)據(jù)結構的時候必須禁止中斷。為了減小中斷延時，必須使這些時間最小化。Wind內(nèi)核的中斷延時小于10us。
搶占延時對性能指標的影響
當許多的實時解決方案被提交給應用工程師時， 性能指標對于評估供應商的產(chǎn)品變得越來越重要。不象上下文切換和中斷延時，搶占延時很難測量。所以它很少在說明中被提及。但是考慮到當內(nèi)核通常禁止上下文切換會長達數(shù)百微妙，而聲稱一個50us的固定長度（與任務個數(shù)無關）的上下文切換時間是毫無意義的。除了很難測量外，搶占延時可能會削弱許多性能指標的有效性。
Wind內(nèi)核通過減小內(nèi)核的大小來盡量減小搶占延時。 包含繁多功能的內(nèi)核必將引起長的搶占延時。
5． 結論
為了滿足對實時內(nèi)核日益增加的要求，如新的調(diào)度算法、多處理、Ada和RISC結構，wind內(nèi)核始終以靈活性和可配置性為設計目標。它所提供的優(yōu)秀的運行性能將成為實時應用需求新標準。

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