實時Linux與其它嵌入式實時操作系統(tǒng)的比較

實時Linux與其它RTOS的比較

本文對四種實時操作系統(tǒng)（RTOS）特性進行分析和比較。它們是：Lynx實時系統(tǒng)公司的LynxOS、QNX軟件系統(tǒng)有限公司的QNX以及兩種具有代表性的實時Linux——新墨西哥工學(xué)院的RT－Linux和堪薩斯大學(xué)的KURT－Linux.

近年來，實時操作系統(tǒng)在多媒體通信、在線事務(wù)處理、生產(chǎn)過程控制、交通控制等各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，因而越來越引起人們的重視。

基本特征概述

＊QNX是一個分布式、嵌入式、可規(guī)模擴展的實時操作系統(tǒng)。它遵循POSIX.1 （程序接口）和POSIX.2 （Shell和工具）、部分遵循POSIX.1b（實時擴展）。它最早開發(fā)于1980年，到現(xiàn)在已相當成熟。

＊LynxOS是一個分布式、嵌入式、可規(guī)模擴展的實時操作系統(tǒng)，它遵循POSIX.1a、POSIX.1b和POSIX.1c標準。它最早開發(fā)于1988年。

＊RT－Linux是一個嵌入式硬實時操作系統(tǒng)，它部分支持POSIX.1b標準。

＊KURT－Linux不是為嵌入式應(yīng)用設(shè)計的，不同于硬（hard）實時/軟（soft）實時應(yīng)用，他們提出“嚴格（firm）”實時應(yīng)用的概念，如一些多媒體應(yīng)用和ATM網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，KURT是為這樣一些應(yīng)用設(shè)計的“嚴格的”實時系統(tǒng)。

體系結(jié)構(gòu)異同

實時系統(tǒng)的實現(xiàn)多為微內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)，這使得核心小巧而可靠，易于ROM固化，并可模塊化擴展。微內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中，OS服務(wù)模塊在獨立的地址空間運行，所以，不同模塊的內(nèi)存錯誤便被隔離開來。但它也有弱點，進程間通信和上下文切換的開銷大大增加。相對于大型集成化內(nèi)核系統(tǒng)來說，它必須靠更多地進行系統(tǒng)調(diào)用來完成相同的任務(wù)。

＊QNX是一個微內(nèi)核實時操作系統(tǒng)，其核心僅提供4種服務(wù)：進程調(diào)度、進程間通信、底層網(wǎng)絡(luò)通信和中斷處理，其進程在獨立的地址空間運行。所有其它OS服務(wù)，都實現(xiàn)為協(xié)作的用戶進程，因此QNX核心非常小巧（QNX4.x大約為12Kb）而且運行速度極快。

＊LynxOS目前還不是一個微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)，但它計劃使用所謂的“Galaxy”技術(shù)將其從大型集成化內(nèi)核改造成微內(nèi)核，這一技術(shù)將在LynxOS 3.0中引入。新的28Kb微內(nèi)核提供以下服務(wù)：核心啟動和停止、底層內(nèi)存管理、出錯處理、中斷處理、多任務(wù)、底層同步和互斥支持。

＊RT－Linux實現(xiàn)了一個小的實時核心，僅支持底層任務(wù)創(chuàng)建、中斷服務(wù)例程的裝入、底層任務(wù)通信隊列、中斷服務(wù)例程（ISR）和Linux進程。原來的非實時Linux核心作為一個可搶先的任務(wù)運行于這個小核心之上，所有的任務(wù)都在核心地址空間運行。它不同于微內(nèi)核和大型內(nèi)核，屬于實時EXE （realtime executive）體系結(jié)構(gòu)。其可靠性和可維護性對電信服務(wù)系統(tǒng)來說都不夠理想。

＊KURT－Linux核心包括兩個部分：內(nèi)核和實時模塊。內(nèi)核負責(zé)實時事件的調(diào)度，實時模塊為用戶進程提供特定的實時服務(wù)。它不屬于微內(nèi)核結(jié)構(gòu)。

調(diào)度策略分析

任務(wù)調(diào)度策略是直接影響實時性能的因素。盡管調(diào)度算法多種多樣，但大多由單調(diào)率算法（RM）和最早期限優(yōu)先算法（EDF）變化而來。前者主要用于靜態(tài)周期任務(wù)的調(diào)度，后者主要用于動態(tài)調(diào)度，在不同的系統(tǒng)狀態(tài)下兩種算法各有優(yōu)劣。在商業(yè)產(chǎn)品中采用的實際策略常常是各種因素的折中。

QNX提供POSIX.1b標準進程調(diào)度：

＊32個進程優(yōu)先級；

＊搶占式的、基于優(yōu)先級的正文切換；

＊可選調(diào)度策略：FIFO、輪轉(zhuǎn)策略、適應(yīng)性策略。

LynxOS其調(diào)度策略為：

＊LynxOS支持線程概念，提供256個全局用戶線程優(yōu)先級；

＊硬實時優(yōu)先級調(diào)度：在每個優(yōu)先級上實現(xiàn)了輪轉(zhuǎn)調(diào)度、定量調(diào)度和FIFO調(diào)度策略；

＊快速正文切換和阻塞時間短；

＊搶占式的RTOS核心。

RT－Linux在操作系統(tǒng)之下實現(xiàn)了一個簡單的實時核心，Linux本身作為一個可搶占的任務(wù)在核內(nèi)運行，優(yōu)先級最低，隨時會被高優(yōu)先級任務(wù)搶占。

＊用戶可自行編寫調(diào)度程序，它們可實現(xiàn)為可加載的核心模塊；

＊已實現(xiàn)的調(diào)度程序有：基于優(yōu)先級的搶占式調(diào)度和EDF調(diào)度；

＊基于優(yōu)先級的調(diào)度使用“單調(diào)率算法”，它直接支持周期任務(wù)。

KURT－Linux可運行在兩種狀態(tài)之下：通常狀態(tài)和實時狀態(tài)。在通常狀態(tài)下，所有進程都可以運行，但某些核心服務(wù)將帶來中斷屏蔽的不可預(yù)期性。實時模式只允許實時進程運行。

＊支持FIFO調(diào)度策略、輪轉(zhuǎn)調(diào)度策略和UNIX分時調(diào)度策略；

＊增加了SCHED－KURT調(diào)度策略，這是一種靜態(tài)調(diào)度策略，使用一個特殊的調(diào)度文件記錄預(yù)先定義好的待調(diào)度進程的參數(shù)。

從以上簡略描述可以看出，前三種調(diào)度策略實現(xiàn)較規(guī)范，特別是兩種商業(yè)RTOS，遵循或部分遵循POSIX.1b實時調(diào)度標準。