實(shí)時(shí)Linux和RTOS的基本特性及技術(shù)進(jìn)行比較

體系結(jié)構(gòu)異同

對(duì)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）特性進(jìn)行比較和分析。對(duì)于我們剛接觸這個(gè)操作系統(tǒng)時(shí)一定要對(duì)他們要有一定的了解，我們先對(duì)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來了解下，它就是指當(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)來控制生產(chǎn)過程或?qū)μ幚硐到y(tǒng)作出快速響應(yīng)，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)。因而，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)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)過一定改變之后就可以變成實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。

基本特征概述

QNX是一個(gè)分布式、嵌入式、可規(guī)模擴(kuò)展的實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)擴(kuò)展）。

LynxOS是一個(gè)分布式、嵌入式、可規(guī)模擴(kuò)展的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，它遵循POSIX.1a、POSIX.1b和POSIX.1c標(biāo)準(zhǔn)。

RT－Linux是一個(gè)嵌入式硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，它部分支持POSIX.1b標(biāo)準(zhǔn)。

KURT－Linux不是為嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的，不同于硬實(shí)時(shí)／軟實(shí)時(shí)應(yīng)用，他們提出“嚴(yán)格（firm）”實(shí)時(shí)應(yīng)用的概念，非常適合一些多媒體應(yīng)用和ATM網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，KURT也同樣為這些應(yīng)用設(shè)計(jì)的“嚴(yán)格的”實(shí)時(shí)系統(tǒng)。

體系結(jié)構(gòu)異同

實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多為微內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)，這核心變的小巧而可靠，容易被ROM固化，可以模塊化擴(kuò)展。微內(nèi)核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中，地址空間可以在OS服務(wù)模塊在獨(dú)立運(yùn)行，所以，不同模塊的內(nèi)存錯(cuò)誤便被隔離開來被指使我們修改。但它也有弱點(diǎn)，進(jìn)程間通信和上下文切換的開銷大大增加。

QNX是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，其核心可以提供4種服務(wù)：進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程間通信、底層網(wǎng)絡(luò)通信和中斷處理，在其地址空間中單獨(dú)的運(yùn)行。所有其它OS服務(wù)，都實(shí)現(xiàn)為協(xié)作的用戶進(jìn)程，因此QNX核心非常小巧而且運(yùn)行速度快。

LynxOS目前還不是一個(gè)微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)，但它計(jì)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。核心啟動(dòng)和停止、底層內(nèi)存管理、出錯(cuò)處理、中斷處理、多任務(wù)、底層同步和互斥支持，由新的28Kb微內(nèi)核提供服務(wù)：。

RT－Linux實(shí)現(xiàn)了一個(gè)小的實(shí)時(shí)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(duì)列、中斷服務(wù)例程（ISR）和Linux進(jìn)程。原來的非實(shí)時(shí)Linux核心作為一個(gè)可搶先的任務(wù)運(yùn)行于這個(gè)小核心之上，所有的任務(wù)都在核心地址空間運(yùn)行。它不同于微內(nèi)核和大型內(nèi)核，屬于實(shí)時(shí)EXE （realtime executive）體系結(jié)構(gòu)。

KURT－Linux核心包括兩個(gè)部分：內(nèi)核和實(shí)時(shí)模塊。內(nèi)核負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)事件的調(diào)度，實(shí)時(shí)模塊為用戶進(jìn)程提供特定的實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(dòng)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，所以我們要重視調(diào)度策略分析。

QNX 提供POSIX.1b標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)程調(diào)度：

32個(gè)進(jìn)程優(yōu)先級(jí)；

搶占式的、基于優(yōu)先級(jí)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(gè)全局用戶線程優(yōu)先級(jí)；

硬實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)調(diào)度：在每個(gè)優(yōu)先級(jí)上實(shí)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(shí)間短；

搶占式的RTOS核心。

KURT－Linux 可運(yùn)行在兩種狀態(tài)之下：通常狀態(tài)和實(shí)時(shí)狀態(tài)。在通常狀態(tài)下，所有進(jìn)程都可以運(yùn)行，但某些核心服務(wù)將帶來中斷屏蔽的不可預(yù)期性。

支持FIFO調(diào)度策略、輪轉(zhuǎn)調(diào)度策略和UNIX分時(shí)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(gè)特殊的調(diào)度文件記錄預(yù)先定義好的待調(diào)度進(jìn)程的參數(shù)。

從以上簡(jiǎn)略描述可以看出，前三種調(diào)度策略實(shí)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(shí)時(shí)調(diào)度標(biāo)準(zhǔn)。

QNX的系統(tǒng)服務(wù)：

RT－Linux 在操作系統(tǒng)之下實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)時(shí)核心，Linux本身作為一個(gè)可搶占的任務(wù)在核內(nèi)運(yùn)行，優(yōu)先級(jí)最低，隨時(shí)會(huì)被高優(yōu)先級(jí)任務(wù)搶占。

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

已實(shí)現(xiàn)的調(diào)度程序有：基于優(yōu)先級(jí)的搶占式調(diào)度和EDF調(diào)度；

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

多種資源管理器，包括各種文件系統(tǒng)和設(shè)備管理，支持多個(gè)文件系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，包括提供完全POSIX.1及UNIX語法的POSIX文件系統(tǒng)，支持多種閃存設(shè)備的嵌入式文件系統(tǒng)，支持對(duì)多種文件服務(wù)器（如Windows NT/95、LAN Manager等）的透明訪問的SMB文件系統(tǒng)、DOS文件系統(tǒng)、CD－ROM文件系統(tǒng)等。

設(shè)備管理，在進(jìn)程和終端設(shè)備間提供大吞吐量、低開銷接口服務(wù)。

高性能、高速度容錯(cuò)型QNX網(wǎng)絡(luò)——FLEET，使得所有連入網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)變成一個(gè)邏輯上的超級(jí)計(jì)算機(jī)。

透明的分布式處理。FLEET網(wǎng)絡(luò)處理與消息傳遞和進(jìn)程管理原語的集成，將本地和網(wǎng)絡(luò)IPC統(tǒng)一起來，使得網(wǎng)絡(luò)對(duì)IPC而言是透明的。

LynxOS系統(tǒng)服務(wù)：

網(wǎng)絡(luò)和通信，由于使用UNIX/POSIX API，Lynx很適合于數(shù)據(jù)通信和Internet應(yīng)用。又由于系統(tǒng)的開放性，網(wǎng)絡(luò)軟件很容易移植到Lynx上。同樣，Lynx亦提供關(guān)鍵的電話通信協(xié)議，使之適用于電信系統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)、操作和多媒體應(yīng)用。

TCP/IP協(xié)議棧。Lynx自帶優(yōu)化的TCP/IP協(xié)議棧，提供高性能服務(wù)，如TCP頭預(yù)測(cè)、高級(jí)路由算法、IP級(jí)多址廣播和鏈路級(jí)高速緩沖。

Internet工具。包括，Telnet、Ftp、tftp、PPP、SLIP、實(shí)時(shí)調(diào)度的嵌入式Java虛擬機(jī)、嵌入式HTTP server、bootp、ARP/RARP、DNS域名服務(wù)、電子郵件、Perl、電話通信協(xié)議等。

文件系統(tǒng)。實(shí)時(shí)的類UNIX層次結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)：連續(xù)結(jié)構(gòu)文件、帶緩沖／不帶緩沖、原始分區(qū)和原始設(shè)備訪問。

分布式計(jì)算資源。SCMP與VME總線上的多處理結(jié)合，PCI橋服務(wù)、CompactPCI Hot－swap Services、Lynx/HA－DDS分布式數(shù)據(jù)系統(tǒng)。

Linux系統(tǒng)服務(wù)：

很多基于Linux的實(shí)時(shí)應(yīng)用被開發(fā)出來，它具有成熟和豐富的資源。

UNIX用戶的開發(fā)工具和應(yīng)用軟件都被移植到Linux上。

TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

各種Internet客戶/服務(wù)端軟件。

C/C＋＋、Java等語言編譯器。

系統(tǒng)開放性對(duì)比

對(duì)于很多大、中型系統(tǒng)來說，大多數(shù)軟件都是為UNIX平臺(tái)編寫的，因此RTOS是否提供POSIX/UNIX API就顯得很重要。

LynxOS的開放性：

POSIX.1a、1b、1c及BSD4.4等兼容性，使得遵循POSIX 1003或用于UNIX的程序很容易移植到LynxOS上。

各種外設(shè)適配器：10/100BaseT Ethernet、SCSI接口、單通道串行控制器 、多通道串行控制器、單工并行口、雙工并行口、時(shí)鐘、計(jì)時(shí)器、IDE接口、高分辨率顯示適配器等。

QNX的開放性：

QNX的POSIX兼容性和其提供的UNIX特色的編譯器、調(diào)試器、X Window和TCP/IP都是UNIX程序員所熟悉的。

支持多種CPU：Pentium系列、Am386 DE/SE、Cyrix MediaGX、x86處理器（386以上）、STMicroelectronics 的STPC。

多種總線：CompactPCI、EISA、ISA 、MPE （RadiSys）、STD、STD 32、AMD ElanSC300/310/400/410、PC/104、PC/104－Plus、PCI、PCMCIA、VESA、VME。

各種外設(shè)：多種SCSI設(shè)備、Token Ring網(wǎng)卡、FDDI接口卡、10M/100M以太網(wǎng)卡、多種PCMCIA設(shè)備、閃存、IDE/EIDE驅(qū)動(dòng)器、聲卡等等。

嵌入Linux主要解決這樣幾個(gè)問題，非虛擬內(nèi)存，處理文件系統(tǒng)，設(shè)置啟動(dòng)（Lilo和BIOS），設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的編程。