實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（Real Time Operating System，簡(jiǎn)稱(chēng)RTOS）是指當(dāng)外界事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時(shí)，能夠接受并以足夠快的速度予以處理，其處理的結(jié)果又能在規(guī)定的時(shí)間之內(nèi)來(lái)控制生產(chǎn)過(guò)程或?qū)μ幚硐到y(tǒng)做出快速響應(yīng)，調(diào)度一切可利用的資源完成實(shí)時(shí)任務(wù)，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致運(yùn)行的操作系統(tǒng)。提供及時(shí)響應(yīng)和高可靠性是其主要特點(diǎn)。

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是保證在一定時(shí)間限制內(nèi)完成特定功能的操作系統(tǒng)。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)有硬實(shí)時(shí)和軟實(shí)時(shí)之分，硬實(shí)時(shí)要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)必須完成操作，這是在操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)保證的；軟實(shí)時(shí)則只要按照任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，盡可能快地完成操作即可。我們通常使用的操作系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)一定改變之后就可以變成實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。

例如，可以為確保生產(chǎn)線上的機(jī)器人能獲取某個(gè)物體而設(shè)計(jì)一個(gè)操作系統(tǒng)。在“硬”實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中，如果不能在允許時(shí)間內(nèi)完成使物體可達(dá)的計(jì)算，操作系統(tǒng)將因錯(cuò)誤結(jié)束。在“軟”實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中，生產(chǎn)線仍然能繼續(xù)工作，但產(chǎn)品的輸出會(huì)因產(chǎn)品不能在允許時(shí)間內(nèi)到達(dá)而減慢，這使機(jī)器人有短暫的不生產(chǎn)現(xiàn)象。一些實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是為特定的應(yīng)用設(shè)計(jì)的，另一些是通用的。一些通用目的的操作系統(tǒng)稱(chēng)自己為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。但某種程度上，大部分通用目的的操作系統(tǒng)，如微軟的Windows NT或IBM的OS/390有實(shí)時(shí)系統(tǒng)的特征。這就是說(shuō)，即使一個(gè)操作系統(tǒng)不是嚴(yán)格的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，它們也能解決一部分實(shí)時(shí)應(yīng)用問(wèn)題。

大體上，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）要求：

·多任務(wù)

·處理能被區(qū)分優(yōu)先次序的進(jìn)程線

·一個(gè)中斷水平的充分?jǐn)?shù)量

被裝入作為微型設(shè)備一部分的內(nèi)含小操作系統(tǒng)經(jīng)常要求實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。一些核心問(wèn)題能被考慮以符合實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的需求。然而，因?yàn)橄裨O(shè)備驅(qū)動(dòng)程序這樣的其他成份，也通常被特別的方法需要，一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)通常比核心更大。

在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中必然存在著若干個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)，這些任務(wù)通常與某些個(gè)外部設(shè)備相關(guān)，能反應(yīng)或控制相應(yīng)的外部設(shè)備，因而帶有某種程度的緊迫性?？蓮牟煌慕嵌葘?duì)實(shí)時(shí)任務(wù)加以分類(lèi)。

按任務(wù)執(zhí)行時(shí)是否呈現(xiàn)周期性變化來(lái)劃分：

a、周期性實(shí)時(shí)任務(wù)

外部設(shè)備周期性地發(fā)出激勵(lì)信號(hào)給計(jì)算機(jī)，要求它按照指定周期循環(huán)執(zhí)行，以便周期性的控制某種外部設(shè)備。

b、非周期性實(shí)時(shí)任務(wù)

外部設(shè)備所發(fā)出的激勵(lì)信號(hào)并無(wú)明顯的周期性，但都必須聯(lián)系著一個(gè)截止時(shí)間。它又可分為開(kāi)始截止時(shí)間（任務(wù)在某時(shí)間以前必須開(kāi)始執(zhí)行）和完成截止時(shí)間（任務(wù)在某時(shí)間以前必須完成）兩部分。

根據(jù)對(duì)截至?xí)r間的要求來(lái)劃分：

a、硬實(shí)時(shí)任務(wù)

b、軟實(shí)時(shí)任務(wù)

實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)特征的比較

（1）多路性。實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)一樣具有多路性。系統(tǒng)按分時(shí)原則為多個(gè)終端用戶(hù)服務(wù)；而對(duì)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，其多路性則主要表現(xiàn)在經(jīng)常對(duì)多路的現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行采集以及對(duì)多個(gè)對(duì)象或多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。

（2）獨(dú)立性。實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)一樣具有獨(dú)立性。每個(gè)終端用戶(hù)在向分時(shí)系統(tǒng)提出服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，是彼此獨(dú)立的操作，互不干擾；而在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中信息的采集和對(duì)對(duì)象的控制，也彼此互不干擾。

（3）及時(shí)性。實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求與分時(shí)系統(tǒng)類(lèi)似，都是以人所能接受的等待時(shí)間來(lái)確定；而實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的及時(shí)性，則是以控制對(duì)象所要求的開(kāi)始截止時(shí)間或完成截止時(shí)間來(lái)確定的，一般為秒級(jí)、百毫秒級(jí)直至毫秒級(jí)，甚至有的要低于100微秒。

（4）交互性。實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)具有交互性，但這里人與系統(tǒng)的交互，僅限于訪問(wèn)系統(tǒng)中某些特定的專(zhuān)用服務(wù)程序。它不像分時(shí)系統(tǒng)那樣能向終端用戶(hù)提供數(shù)據(jù)處理服務(wù)、資源共享等服務(wù)。

（5）可靠性。分時(shí)系統(tǒng)要求系統(tǒng)可靠，相比之下，實(shí)時(shí)系統(tǒng)則要求系統(tǒng)高度可靠。因?yàn)槿魏尾铄e(cuò)都可能帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失甚至無(wú)法預(yù)料的災(zāi)難性后果。因此，在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，采取了多級(jí)容錯(cuò)措施來(lái)保證系統(tǒng)的安全及數(shù)據(jù)的安全。

審核編輯黃昊宇