第一部分: 實時調度演算法介紹
對於什麼是實時系統,POSIX 1003.b作了這樣的定義:指系統能夠在限定的響應時間內提供所需水平的服務。而一個由Donald Gillies提出的更加為大家接受的定義是:一個實時系統是指計算的正確性不僅取決於程序的邏輯正確性,也取決於結果產生的時間,如果系統的時間約束條件得不到滿足,將會發生系統出錯。
實時系統根據其對於實時性要求的不同,可以分為軟實時和硬實時兩種類型。硬實時系統指系統要有確保的最壞情況下的服務時間,即對於事件的響應時間的截止期限是無論如何都必須得到滿足。比如航天中的宇宙飛船的控制等就是現實中這樣的系統。其他的所有有實時特性的系統都可以稱之為軟實時系統。如果明確地來說,軟實時系統就是那些從統計的角度來說,一個任務(在下面的論述中,我們將對任務和進程不作區分)能夠得到有確保的處理時間,到達系統的事件也能夠在截止期限到來之前得到處理,但違反截止期限並不會帶來致命的錯誤,像實時多媒體系統就是一種軟實時系統。
一個計算機系統為了提供對於實時性的支持,它的操作系統必須對於CPU和其他資源進行有效的調度和管理。在多任務實時系統中,資源的調度和管理更加復雜。本文下面將先從分類的角度對各種實時任務調度演算法進行討論,然後研究普通的 Linux操作系統的進程調度以及各種實時Linux系統為了支持實時特性對普通Linux系統所做的改進。最後分析了將Linux操作系統應用於實時領域中時所出現的一些問題,並總結了各種實時Linux是如何解決這些問題的。
1. 實時CPU調度演算法分類
各種實時操作系統的實時調度演算法可以分為如下三種類別[Wang99][Gopalan01]:基於優先順序的調度演算法(Priority-driven scheling-PD)、基於CPU使用比例的共享式的調度演算法(Share-driven scheling-SD)、以及基於時間的進程調度演算法(Time-driven scheling-TD),下面對這三種調度演算法逐一進行介紹。
1.1. 基於優先順序的調度演算法
基於優先順序的調度演算法給每個進程分配一個優先順序,在每次進程調度時,調度器總是調度那個具有最高優先順序的任務來執行。根據不同的優先順序分配方法,基於優先順序的調度演算法可以分為如下兩種類型[Krishna01][Wang99]:
靜態優先順序調度演算法:
這種調度演算法給那些系統中得到運行的所有進程都靜態地分配一個優先順序。靜態優先順序的分配可以根據應用的屬性來進行,比如任務的周期,用戶優先順序,或者其它的預先確定的策略。RM(Rate-Monotonic)調度演算法是一種典型的靜態優先順序調度演算法,它根據任務的執行周期的長短來決定調度優先順序,那些具有小的執行周期的任務具有較高的優先順序。
動態優先順序調度演算法:
這種調度演算法根據任務的資源需求來動態地分配任務的優先順序,其目的就是在資源分配和調度時有更大的靈活性。非實時系統中就有很多這種調度演算法,比如短作業優先的調度演算法。在實時調度演算法中, EDF演算法是使用最多的一種動態優先順序調度演算法,該演算法給就緒隊列中的各個任務根據它們的截止期限(Deadline)來分配優先順序,具有最近的截止期限的任務具有最高的優先順序。
1.2. 基於比例共享調度演算法
雖然基於優先順序的調度演算法簡單而有效,但這種調度演算法提供的是一種硬實時的調度,在很多情況下並不適合使用這種調度演算法:比如象實時多媒體會議系統這樣的軟實時應用。對於這種軟實時應用,使用一種比例共享式的資源調度演算法(SD演算法)更為適合。
比例共享調度演算法指基於CPU使用比例的共享式的調度演算法,其基本思想就是按照一定的權重(比例)對一組需要調度的任務進行調度,讓它們的執行時間與它們的權重完全成正比。
我們可以通過兩種方法來實現比例共享調度演算法[Nieh01]:第一種方法是調節各個就緒進程出現在調度隊列隊首的頻率,並調度隊首的進程執行;第二種做法就是逐次調度就緒隊列中的各個進程投入運行,但根據分配的權重調節分配個每個進程的運行時間片。
比例共享調度演算法可以分為以下幾個類別:輪轉法、公平共享、公平隊列、彩票調度法(Lottery)等。
比例共享調度演算法的一個問題就是它沒有定義任何優先順序的概念;所有的任務都根據它們申請的比例共享CPU資源,當系統處於過載狀態時,所有的任務的執行都會按比例地變慢。所以為了保證系統中實時進程能夠獲得一定的CPU處理時間,一般採用一種動態調節進程權重的方法。
1.3. 基於時間的進程調度演算法
對於那些具有穩定、已知輸入的簡單系統,可以使用時間驅動(Time-driven:TD)的調度演算法,它能夠為數據處理提供很好的預測性。這種調度演算法本質上是一種設計時就確定下來的離線的靜態調度方法。在系統的設計階段,在明確系統中所有的處理情況下,對於各個任務的開始、切換、以及結束時間等就事先做出明確的安排和設計。這種調度演算法適合於那些很小的嵌入式系統、自控系統、感測器等應用環境。
這種調度演算法的優點是任務的執行有很好的可預測性,但最大的缺點是缺乏靈活性,並且會出現有任務需要被執行而CPU卻保持空閑的情況。
2. 通用Linux系統中的CPU調度
通用Linux系統支持實時和非實時兩種進程,實時進程相對於普通進程具有絕對的優先順序。對應地,實時進程採用SCHED_FIFO或者SCHED_RR調度策略,普通的進程採用SCHED_OTHER調度策略。
在調度演算法的實現上,Linux中的每個任務有四個與調度相關的參數,它們是rt_priority、policy、priority(nice)、counter。調度程序根據這四個參數進行進程調度。
在SCHED_OTHER 調度策略中,調度器總是選擇那個priority+counter值最大的進程來調度執行。從邏輯上分析,SCHED_OTHER調度策略存在著調度周期(epoch),在每一個調度周期中,一個進程的priority和counter值的大小影響了當前時刻應該調度哪一個進程來執行,其中 priority是一個固定不變的值,在進程創建時就已經確定,它代表了該進程的優先順序,也代表這該進程在每一個調度周期中能夠得到的時間片的多少; counter是一個動態變化的值,它反映了一個進程在當前的調度周期中還剩下的時間片。在每一個調度周期的開始,priority的值被賦給 counter,然後每次該進程被調度執行時,counter值都減少。當counter值為零時,該進程用完自己在本調度周期中的時間片,不再參與本調度周期的進程調度。當所有進程的時間片都用完時,一個調度周期結束,然後周而復始。另外可以看出Linux系統中的調度周期不是靜態的,它是一個動態變化的量,比如處於可運行狀態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以上的內核中, priority被nice所取代,但二者作用類似。
可見SCHED_OTHER調度策略本質上是一種比例共享的調度策略,它的這種設計方法能夠保證進程調度時的公平性--一個低優先順序的進程在每一個epoch中也會得到自己應得的那些CPU執行時間,另外它也提供了不同進程的優先順序區分,具有高priority值的進程能夠獲得更多的執行時間。
對於實時進程來說,它們使用的是基於實時優先順序rt_priority的優先順序調度策略,但根據不同的調度策略,同一實時優先順序的進程之間的調度方法有所不同:
SCHED_FIFO:不同的進程根據靜態優先順序進行排隊,然後在同一優先順序的隊列中,誰先准備好運行就先調度誰,並且正在運行的進程不會被終止直到以下情況發生:1.被有更高優先順序的進程所強佔CPU;2.自己因為資源請求而阻塞;3.自己主動放棄CPU(調用sched_yield);
SCHED_RR:這種調度策略跟上面的SCHED_FIFO一模一樣,除了它給每個進程分配一個時間片,時間片到了正在執行的進程就放棄執行;時間片的長度可以通過sched_rr_get_interval調用得到;
由於Linux系統本身是一個面向桌面的系統,所以將它應用於實時應用中時存在如下的一些問題:
Linux系統中的調度單位為10ms,所以它不能夠提供精確的定時;
當一個進程調用系統調用進入內核態運行時,它是不可被搶占的;
Linux內核實現中使用了大量的封中斷操作會造成中斷的丟失;
由於使用虛擬內存技術,當發生頁出錯時,需要從硬碟中讀取交換數據,但硬碟讀寫由於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的截止期限;
雖然Linux進程調度也支持實時優先順序,但缺乏有效的實時任務的調度機制和調度演算法;它的網路子系統的協議處理和其它設備的中斷處理都沒有與它對應的進程的調度關聯起來,並且它們自身也沒有明確的調度機制;
3. 各種實時Linux系統
3.1. RT-Linux和RTAI
RT -Linux是新墨西哥科技大學(New Mexico Institute of Technology)的研究成果[RTLinuxWeb][Barabanov97]。它的基本思想是,為了在Linux系統中提供對於硬實時的支持,它實現了一個微內核的小的實時操作系統(我們也稱之為RT-Linux的實時子系統),而將普通Linux系統作為一個該操作系統中的一個低優先順序的任務來運行。另外普通Linux系統中的任務可以通過FIFO和實時任務進行通信。RT-Linux的框架如圖 1所示:
圖 1 RT-Linux結構
RT -Linux的關鍵技術是通過軟體來模擬硬體的中斷控制器。當Linux系統要封鎖CPU的中斷時時,RT-Linux中的實時子系統會截取到這個請求,把它記錄下來,而實際上並不真正封鎖硬體中斷,這樣就避免了由於封中斷所造成的系統在一段時間沒有響應的情況,從而提高了實時性。當有硬體中斷到來時, RT-Linux截取該中斷,並判斷是否有實時子系統中的中斷常式來處理還是傳遞給普通的Linux內核進行處理。另外,普通Linux系統中的最小定時精度由系統中的實時時鍾的頻率決定,一般Linux系統將該時鍾設置為每秒來100個時鍾中斷,所以Linux系統中一般的定時精度為 10ms,即時鍾周期是10ms,而RT-Linux通過將系統的實時時鍾設置為單次觸發狀態,可以提供十幾個微秒級的調度粒度。
RT-Linux實時子系統中的任務調度可以採用RM、EDF等優先順序驅動的演算法,也可以採用其他調度演算法。
RT -Linux對於那些在重負荷下工作的專有系統來說,確實是一個不錯的選擇,但他僅僅提供了對於CPU資源的調度;並且實時系統和普通Linux系統關系不是十分密切,這樣的話,開發人員不能充分利用Linux系統中已經實現的功能,如協議棧等。所以RT-Linux適合與工業控制等實時任務功能簡單,並且有硬實時要求的環境中,但如果要應用與多媒體處理中還需要做大量的工作。
義大利的RTAI( Real-Time Application Interface )源於RT-Linux,它在設計思想上和RT-Linux完全相同。它當初設計目的是為了解決RT-Linux難於在不同Linux版本之間難於移植的問題,為此,RTAI在 Linux 上定義了一個實時硬體抽象層,實時任務通過這個抽象層提供的介面和Linux系統進行交互,這樣在給Linux內核中增加實時支持時可以盡可能少地修改 Linux的內核源代碼。
3.2. Kurt-Linux
Kurt -Linux由Kansas大學開發,它可以提供微秒級的實時精度[KurtWeb] [Srinivasan]。不同於RT-Linux單獨實現一個實時內核的做法,Kurt -Linux是在通用Linux系統的基礎上實現的,它也是第一個可以使用普通Linux系統調用的基於Linux的實時系統。
Kurt-Linux將系統分為三種狀態:正常態、實時態和混合態,在正常態時它採用普通的Linux的調度策略,在實時態只運行實時任務,在混合態實時和非實時任務都可以執行;實時態可以用於對於實時性要求比較嚴格的情況。
為了提高Linux系統的實時特性,必須提高系統所支持的時鍾精度。但如果僅僅簡單地提高時鍾頻率,會引起調度負載的增加,從而嚴重降低系統的性能。為了解決這個矛盾, Kurt-Linux採用UTIME所使用的提高Linux系統中的時鍾精度的方法[UTIMEWeb]:它將時鍾晶元設置為單次觸發狀態(One shot mode),即每次給時鍾晶元設置一個超時時間,然後到該超時事件發生時在時鍾中斷處理程序中再次根據需要給時鍾晶元設置一個超時時間。它的基本思想是一個精確的定時意味著我們需要時鍾中斷在我們需要的一個比較精確的時間發生,但並非一定需要系統時鍾頻率達到此精度。它利用CPU的時鍾計數器TSC (Time Stamp Counter)來提供精度可達CPU主頻的時間精度。
對於實時任務的調度,Kurt-Linux採用基於時間(TD)的靜態的實時CPU調度演算法。實時任務在設計階段就需要明確地說明它們實時事件要發生的時間。這種調度演算法對於那些循環執行的任務能夠取得較好的調度效果。
Kurt -Linux相對於RT-Linux的一個優點就是可以使用Linux系統自身的系統調用,它本來被設計用於提供對硬實時的支持,但由於它在實現上只是簡單的將Linux調度器用一個簡單的時間驅動的調度器所取代,所以它的實時進程的調度很容易受到其它非實時任務的影響,從而在有的情況下會發生實時任務的截止期限不能滿足的情況,所以也被稱作嚴格實時系統(Firm Real-time)。目前基於Kurt-Linux的應用有:ARTS(ATM Reference Traffic System)、多媒體播放軟體等。另外Kurt-Linux所採用的這種方法需要頻繁地對時鍾晶元進行編程設置。
3.3. RED-Linux
RED -Linux是加州大學Irvine分校開發的實時Linux系統[REDWeb][ Wang99],它將對實時調度的支持和Linux很好地實現在同一個操作系統內核中。它同時支持三種類型的調度演算法,即:Time-Driven、 Priority-Dirven、Share-Driven。
為了提高系統的調度粒度,RED-Linux從RT-Linux那兒借鑒了軟體模擬中斷管理器的機制,並且提高了時鍾中斷頻率。當有硬體中斷到來時,RED-Linux的中斷模擬程序僅僅是簡單地將到來的中斷放到一個隊列中進行排隊,並不執行真正的中斷處理程序。
另外為了解決Linux進程在內核態不能被搶占的問題, RED-Linux在Linux內核的很多函數中插入了搶占點原語,使得進程在內核態時,也可以在一定程度上被搶占。通過這種方法提高了內核的實時特性。
RED-Linux的設計目標就是提供一個可以支持各種調度演算法的通用的調度框架,該系統給每個任務增加了如下幾項屬性,並將它們作為進程調度的依據:
Priority:作業的優先順序;
Start-Time:作業的開始時間;
Finish-Time:作業的結束時間;
Budget:作業在運行期間所要使用的資源的多少;
通過調整這些屬性的取值及調度程序按照什麼樣的優先順序來使用這些屬性值,幾乎可以實現所有的調度演算法。這樣的話,可以將三種不同的調度演算法無縫、統一地結合到了一起。
㈡ linux 2.4.20+rtai 編譯發生錯誤
Segmentation fault
段錯誤,一般是程序非法的內存訪問。我很少編譯內核,不能給你實質的幫助,sorry!
最好下個redhat自己的內核代碼。
http://www.google.cn/search?hl=zh-CN&inlang=zh-CN&newwindow=1&client=aff-360hang&q=%E7%BC%96%E8%AF%91%E5%86%85%E6%A0%B8+Segmentation+fault&aq=f&aqi=&aql=&oq=&gs_rfai=
㈢ linux調度演算法的核心思想是什麼
第一部分:實時調度演算法
什麼是實時系統,POSIX 1003.b作了這樣的定義:是指系統可以在有限響應時間內提供所需的服務級別。較可取被定義為由Donald喬利士的的:一個實時系統的程序的邏輯正確性不僅取決於計算的准確度,而且還對結果,如果系統時間的限制不能滿足將是一個系統錯誤發生。
基於實時系統的實時性要求的不同,可分為軟實時和硬實時兩種。硬實時系統是指系統必須確保,在最壞情況下的服務時間,截止日期為事件的響應時間是在任何情況下,必須滿足。如航天飛船的控制是這樣一個系統的現實。所有其他實時系統的特點,可以稱為軟實時系統。如果清除,軟實時系統是那些從統計學的角度來看,一個任務(在下面的討論中,我們將有任務和過程不作出區分),以確保系統的處理時間,可以得到事件可以處理的最後期限到來之前,違反的最後期限,並不會帶來一個致命的錯誤,如實時多媒體系統是一種軟實時系統。
一台電腦系統的CPU和其他資源進行有效的調度和管理,以提供實時操作系統的支持。的多任務的實時系統中,資源的調度和管理更復雜的。下面討論本文將從各種實時任務調度演算法的分類的角度來看,普通的Linux操作系統進程調度和各種實時Linux系統,然後研究,以支持實時特點,普通的Linux系統的改進。實時領域的一些問題,並總結了各種實時Linux的Linux操作系統,歸根到底是如何解決這些問題。
CPU的實時調度演算法的分類
多種實時操作系統的實時調度演算法可以分為以下三類Wang99] [Gopalan01]:基於優先順序調度演算法(優先順序驅動調度PD),基於在共享的CPU使用率調度演算法(分享驅動調度SD)的比例,以及基於時間的進程調度演算法(時間驅動調度TD),下面這三種調度演算法逐一介紹。
1.1
/>基於優先順序的調度演算法,基於優先順序的調度演算法,每個進程被分配一個優先順序,每次的進程調度程序,調度程序總是具有最高的調度優先順序的任務執行。根據不同的優先順序分配方法,基於優先順序的調度演算法可以分為以下兩種類型的Krishna01] [Wang99]:靜態優先順序調度演算法
該演算法得到這些系統中運行的所有進程都靜態分配一個優先順序。靜態優先順序分配的屬性的應用程序,如任務循環中的用戶優先順序,或其他預先確定的政策。 RM(速率單調)的調度演算法是一個典型的靜態優先順序的調度演算法,根據執行的任務的調度優先順序的周期的長度確定,那些具有小的執行周期的任務的優先順序較高。
動態優先順序調度演算法:
該演算法基於任務的資源需求動態地分配任務的優先順序,資源分配和調度的目的更大的靈活性。非實時系統,這種演算法有很多,如短作業優先順序調度演算法。任務的實時調度演算法,EDF演算法是使用最廣泛的動態優先順序調度演算法,該演算法根據他們的截止日期(截止日期)分配優先順序的就緒隊列中的每個任務,最近期限具有最高的優先順序。
1.2
基於優先順序調度演算法的調度演算法是簡單而有效的,但這種演算法的基礎上按比例份額是一個硬實時調度,許多的情況下,不適合使用此演算法:例如,軟實時應用,如實時多媒體會議系統。對於軟實時應用程序,共享資源調度演算法(SD演算法)的比例使用是更合適的。
比例共享調度演算法是指對CPU使用率的比例共享調度演算法,其基本思路是按照一定的權重(比率),需要一組調度安排任務,以使它們的權重成比例的執行時間。
要實現比例共享調度演算法[Nieh01]有兩種方法:第一種方法是調整的准備過程中出現的調度隊列隊第一頻率,並安排一線隊的過程中,執行第二種方法是連續調度進程就緒隊列中投產,但根據調整分配一個進程的運行時間片分配的權重。
比例共享調度演算法可以分為以下類別:循環賽,公平份額,公平排隊,的彩票調度方法,(彩票)。
比例共享調度演算法的一個問題是,它並沒有定義任何優先的概念,所有的任務都根據其應用的CPU資源的比例共享系統過載時,執行的所有任務將較慢比例。因此,為了確保該系統的實時過程中獲得一定量的CPU處理時間,一般採用的是動態權重的調整過程。
1.3。基於時間進程調度演算法的調度演算法
對於那些具有穩定,簡單的系統已知輸入,您可以使用時間驅動(驅動時間時間:TD)數據處理,它可以提供一個良好的預測。這種調度演算法本質上是一個設計定型的離線靜態調度方法。在系統的設計階段,所有處理的情況下,在明確的制度,每個任務切換的開始和結束的時間提前做出了明確的安排和設計。該演算法是適用於小型嵌入式系統,自動化控制系統,感測器和其他應用環境。
該演算法的優勢是良好的可預測性任務的執行,但最大的缺點是缺乏靈活性,而且會有一個任務需要執行,而CPU保持空閑。
一般的Linux系統CPU調度
一般的Linux系統支持實時和非實時兩種進程,實時進程與普通進程方面具有絕對的優先權。相應地,實時進程調度策略SCHED_FIFO或SCHED_RR,普通進程SCHED_OTHER調度策略。
每個任務調度演算法的實現在Linux四種調度參數,它們是rt_priority優先政策(尼斯),計數器。調度進程調度的基礎上,這四個參數。
SCHED_OTHER調度策略,調度程序總是會選擇優先順序+計數器的值進程調度的執行。從邏輯分析存在SCHED_OTHER調度策略調度處理來執行,其特徵在於,所述優先順序是一個固定的調度周期(歷元),在每個調度周期內的過程中的優先順序,計數器的值的大小的影響這一刻已經確定變數值的過程中被創建時,它代表了進程的優先順序,也代表數量的時間片,通過該方法可以得到在每個調度周期內,計數器是一個動態值,它反映了當前調度周期的過程中,剩餘的時間片。在每個調度周期的開始,分配給優先順序值計數器,那麼每一次進程被調度運行計數器的值?減少。當計數器的值是零,這個過程已經運行的時間片調度期內,不再參與調度周期進程調度。當所有的進程都用完了時間片調度期結束,然後一遍又一遍。此外,可以看出在Linux系統中的調度周期是不固定的,它的量是動態變化的,例如,在運行的進程的數目和它們的優先順序值?可以影響一個劃時代的長度。有一點值得注意的是,在2.4內核中,首要任務是不錯的替換兩個類似的作用。
按比例分擔的調度策略調度策略SCHED_OTHER可見的性質,它的這種設計方法,以確保進程調度的公平性 - 一個低優先順序進程,在每個時代也將得到他們的份額那些CPU的執行時間,此外,它也提供了不同的進程的優先順序,進程執行時間可以得到更多的具有高優先順序值。
對於實時的過程中,他們使用基於實時優先順序rt_priority的優先順序調度策略,但相同的實時優先順序的進程調度方法是根據不同的調度策略,
BR /> SCHED_FIFO:不同的進程,根據靜態優先順序排隊,然後在相同的優先順序隊列,先准備好運行的第一誰調度和運行的進程不會被終止,直到發生以下情況:1。高優先順序的進程篡奪了CPU;自己的資源請求受阻;自己主動放棄CPU(呼叫SCHED_YIELD);
SCHED_RR是這樣的:這個調度策略SCHED_FIFO與上述完全相同,除了時間片分配給每個進程,正在實施的過程中,給執行時間片,時間片的長度可以通過sched_rr_get_interval調用
由於Linux系統本身是一個桌面導向的系統,因此,它是用於在實時應用中的一些問題:/> /> Linux系統調度單位是10ms,所以它不能提供精確的定時中斷; p>當一個進程調用系統調用進入內核模式運行,它不能被搶占;
Linux內核實現大量採用了封閉中斷操作損失;
由於使用虛擬內存技術,當發生頁面錯誤時,從硬碟中讀取的數據交換的需要,但硬碟讀取和寫入的存儲位置的隨機性,將導致隨機讀取和寫入時間,這在某些情況下,會影響實時任務期限;
雖然Linux的進程調度器還支持實時優先順序,但由於缺乏有效的實時任務調度機制和調度演算法;其網路子協議處理和其它設備的中斷處理,調度伴有相應的過程和自己的有沒有明確的調度機制;
各種實時Linux系統
Home>的的
3.1 RT-Linux和RTAI
RT-Linux是新墨西哥大學的研究(新墨西哥州技術學院)[RTLinuxWeb] [Barabanov97。其基本思路是,在Linux系統上的硬實時支持,它實現了一個微內核實時操作系統(也被稱為RT-Linux的實時子系統),而普通的Linux系統作為一個低優先順序任務在操作系統中運行。在正常的Linux系統的另一個任務可以溝通,通過FIFO和實時任務。 RT-Linux的框架如圖1所示:
圖1 RT-Linux的結構
RT-Linux的關鍵技術是軟體模擬硬體中斷控制器。當Linux系統不時阻止CPU中斷,實時定量RT-Linux的子系統的請求攔截,愛不釋手,而事實上並沒有真正阻止硬體中斷,從而避免了由於中斷造成的封由系統在一段時間內沒有響應,從而在改進的實時。當傳遞給Linux內核的RT-Linux的一個硬體中斷到達截取的中斷,並確定是否有一個實時子系統中斷常式來處理或處理。此外,的最小定時的精度在正常的Linux系統是確定系統的實時時鍾的頻率,Linux的系統時鍾被設置到時鍾中斷每秒100,所以在Linux的系統定時的精度10毫秒,即時鍾周期10ms時,RT-Linux的實時時鍾設置為單觸發狀態,可以提供更多的十幾微秒調度粒度。
RT-Linux實時子系統的任務調度優先順序驅動演算法,RM,EDF等,也可用於其他調度演算法。
RT-Linux的專有系統,重型工作,的確是一個不錯的選擇,但他只提供了CPU資源的調度和實時系統和Linux系統的關系不是非常密切,因此開發人員可以充分利用已在Linux系統中,如協議棧實現的功能。 RT-Linux的工業控制等實時任務簡單和硬實時要求的環境,但大量的工作需要做,如果你想應用的多媒體處理。
義大利實時應用程序介面(RTAI)來自RT-Linux的,它是在設計和RT-Linux的思想相同。這是原來的設計中,為了解決問題,RT-Linux的不同版本的Linux之間很難很難移植,RTAI在Linux上定義的實時硬體抽象層,這個抽象層介面提供實時任務Linux系統的相互作用,這可以增加一點可以Linux內核源代碼到Linux內核的實時支持。
3.2。 KURT-Linux的
KURT-Linux的堪薩斯大學開發的,它可以提供實時微秒精度[KurtWeb] [斯里尼瓦桑]。與RT-Linux的單獨實現一個實時內核,KURT-Linux是常用的Linux系統的基礎上實現的,這也是第一個基於Linux的實時系統可以使用普通的Linux系統調用。
KURT-Linux系統分為三種狀態:正常狀態,實時狀態和混合狀態,在正常狀態下,它使用普通的Linux實時運行狀態實時調度策略任務,實時和非實時任務的混合狀態,可以執行實時狀態可以被用來為實時的要求更加嚴格。
為了提高Linux系統的實時特性,有必要提高精度的時鍾系統的支持。但是,如果只是簡單地增加時鍾頻率將導致調度負載的增加,從而嚴重降低系統的性能。為了解決這個矛盾,KURT-Linux中使用的時鍾精度的方法[UTIMEWeb]提高Linux系統UTIME,時鍾晶元設置為單次觸發狀態(單拍模式),也就是每個時鍾晶元設置超時,然後再次超時事件發生時,在時鍾中斷的處理程序所需的時鍾晶元設置一個超時。其基本思想是一個精確的時間意味著我們需要的時鍾中斷發生時,我們需要一個更精確的時間,以達到這樣的精度,但並不一定需要系統時鍾頻率。它採用了CPU時鍾計數器時間戳計數器(TSC)提供准確的CPU頻率精度的時間。
KURT-Linux的實時任務調度,使用靜態CPU的實時調度演算法,基於時間(TD)。實時任務需要實時事件發生在設計階段就必須清楚列明。該演算法可以實現更好的調度任務,對於那些誰周期。
KURT-Linux的相RT-Linux的優勢之一是,你可以使用系統調用的Linux系統,它最初是專為硬實時支持,但因為它是簡單的實現將使用一個簡單的時間驅動調度取代Linux的調度,實時進程調度的影響等非實時任務,在某些情況下會發生實時任務的截止日期是脆弱的不符合的,也被稱為嚴格的實時系統(快地實時)。基於KURT-Linux的應用程序:藝術(ATM參考交通系統),多媒體播放軟體。 KURT-Linux的另一種方法,需要頻繁的時鍾晶元編程。
3.3。 RED-Linux的
RED-Linux是加州大學爾灣,實時Linux系統的發展[REDWeb] [Wang99],它將支持實時調度和Linux實現相同的操作系統內核。它支持三種類型的調度演算法,即:時間驅動優先Dirven,分享驅動。
為了提高系統的調度粒度,RED-Linux的學習RT-Linux的軟體模擬中斷的管理機制,並增加頻率的時鍾中斷。 RED-Linux的中斷模擬程序只是簡單地中斷會在隊列中排隊一個硬體中斷到來時,並沒有進行實際的中斷處理程序。
另外,為了解決Linux的內核模式的過程中不能被中斷,RED-Linux的插入Linux內核搶占點原語的眾多功能,使這一進程在內核模式下,也在一定程度上被搶占。通過這種方法提高了內核的實時特性。
RED-Linux的設計目標是提供常規調度框架可以支持多種調度演算法,系統為每個任務增加幾個屬性,進程調度的基礎上:
優先順序:作業的優先順序;
開始時間:工作的開始時間;
完成時間:工作的結束時間; BR p>預算:資源的數量在操作過程中要使用的工作;
調整值?這些屬性和調度根據什麼優先使用的這些屬性值幾乎所有的調度演算法。在這種情況下,三種不同的調度演算法無縫地一起耦合到一個統一的。
㈣ 請說明RTAI和RTLinux是怎麼實現RTOS的
RTAI,類似於RTLinux,真正GPL,我看前途比RTLinux好,結構清晰,有實時串口API,實時TCP等。8. FreeRTOSFreeRTOS這是一個開源的項目,屬於輕量級內核,API比較全,支持AVR...
㈤ linux和windows誰更強大
嵌入式linux,目前應用在嵌入式領域的linux系統主要有兩類,一類是專為嵌入式設計的已被裁減過的linux系統,最常用的是uclinux(不帶mmu功能),目前占較大應用份額,可在arm7上跑;另一類是跑在arm 9上的,一般是將linux 2.4.18內核移植在其上,可使用更多的linux功能。
wince,有兩個特殊版本,一個是mspocketpc*作系統專用於pda上(掌上電腦),另一個是ms smartphone*作系統用於智能手機上(帶pda功能的手機),兩者也都屬於wince平台。開發環境方便快速,微軟的強大技術支持,wince開發難度遠低於嵌入式linux。
計算機最大的市場是嵌入式設備。基本上,含有計算機但是外表並不象計算機的一切設備都可算嵌入式,包括網路設備(如路由器),工控設備(如數控機床),汽車,信息家電,移動計算設備等各種設備。那麼,在這個最大的市場中,linux和windows誰更有實用性呢?讓我們先分析一下嵌入式領域對os的要求。
嵌入式領域與pc領域有很大的不同,嵌入式系統都是針對具體應用的專用系統,其軟硬體需要面向應用來設計,並且由於嵌入市系統領域極其廣泛,不同領域所採用的技術各不相同,所以長期以來,嵌入式領域一直沒有形成pc和server領域的標准化和壟斷性,intel、microsoft都不是霸主,僅常用的cpu就有數十種之多,常見的有arm、mips、powerpc等系列晶元,嵌入式*作系統也有數十種,vxworks、qnx、symbian、psos、linux、wince等等。歸結起來,嵌入式設備有如下特點:
1.成本敏感,資源有限
多數嵌入式系統具有成本敏感性,它的硬體和軟體都必須高效率地設計,量體裁衣、去除冗餘。好的嵌入式系統是完成目標功能的最小系統,這樣的產品才更具有競爭力。所以,多數嵌入式系統中的硬體資源是很有限的,如處理器速度較低,存儲器空間較少等。這些都對嵌入式軟體系統提出了更高的要求。
2.多種硬體平台
嵌入式處理器眾多,常用的也有數十種,各自具有一定的優缺點和適用范圍。這要求嵌入式*作系統支持多種的處理器。
3.低功耗
對於使用電池的移動計算設備來說,需要具備低功耗的特點。
4.安全性和可*性高
很多嵌入式應用,如工業控制,航天和網路設備都要求具有高安全性和高可*性。有的要求在惡劣環境中,系統仍然能夠正常工作。
5.部分要求實時
許多嵌入式應用要求具有實時處理能力。如航天,工控等。
6.多數軟體固化存儲
多數嵌入式設備軟體固化存儲在rom或flash中,較少使用磁碟。以提高其可*性並減小體積。
以上都對嵌入式os提出了獨特的要求,讓我們逐條分析評價linux和wince/windows的優缺點。
1.支持多種硬體平台
由於嵌入式設備硬體平台的多樣性,cpu晶元的快速更新,嵌入式*作系統要求支持常用的嵌入式cpu,如x86、arm、mips、powerpc等,並具有良好的可移植性。另外還需要支持種類繁多的外部設備。linux支持以上幾乎所有的主流晶元,並且還在不斷的被移植到新的晶元上。而在這方面,wince顯然差得很遠。
2.佔有較少的硬體資源
由於多數嵌入式系統具有成本敏感性,處理器速度較低,存儲器空間較少,這要求嵌入式os體積小,速度快。linux體系結構比較靈活,易於裁減,可以小到2mflash、4mram。而wince對資源的要求更高。
3.高可定製性
由於不同的嵌入式應用對系統要求各不相同,這要求嵌入式os具備高可定製性,能夠根據需要方便的增加和減少各項功能模塊。這一點對於嵌入式領域至關重要,而linux由於圖形系統不在內核中,且支持模塊機制,內核可根據需要加入或去掉功能。其外圍工具擁有眾多選擇,更由於可以自由修改源代碼,具有極強的可定製性。而wince/windows根本無法做到這一點。
4.具有實時處理能力
實時應用分為硬實時和軟實時兩大類,嵌入式os需要明確是否支持實時和支持哪一類實時應用,需要提供最壞情況響應時間為多長。linux和wince/windows最初設計時都沒有考慮實時應用,但眾多的實時linux項目已使linux具備了硬實時和軟實時處理能力,硬實時有rt-linux和rtai,而2.6中加入了可搶占核心,使得linux具備了軟實時處理能力,此外還有timsys和montavista等實時linux實現。linux自由開發模式的優點得到了充分的體現。windows雖然也有第三方提供類似於rt-linux的實時功能,但由於微軟未提供這方面的支持,也由於windows可*性不能滿足要求,很少有人在實時領域使用windows。但rt-linux已經在美國航天部門,印度軍方等得到了廣泛應用。還有montavista、timsys的實時linux都有很多成功案例。
5.具備強大的網路功能
現在,越來越多的嵌入式設備需要具備網路功能。這要求嵌入式os支持常用的網路協議和可*的網路功能。linux的網路功能經過幾次改進,其效率,功能都很突出。且具有眾多的網路工具,支持幾乎所有常見的網路協議。這些使得linux在網路設備中倍受青睞,很多防火牆,低端路由器等中使用的都是linux。而未聞wince/windows在這方面有什麼應用。
6.高安全性和高可*性
嵌入式設備往往對安全性和可*性要求很高,這要求作為基礎軟體的嵌入式os具有高安全性和高可*性。如骨幹網的路由器,交換機等。linux的可*性是經過實踐檢驗的,並進一步向高端發展,沖擊vxworks、unix的市場。安全性方面linux病毒極少,並擁有眾多安全增強,有的安全增強linux達到了b1級別(紅旗rfsos通過了國家gb17859第三級,等同於tcsecb1級)。而windows病毒眾多,漏洞不斷,雖然微軟大力宣傳其通過了cc標准eal4級,但是需要說明的是,eal4僅僅說明windows在多大程度上滿足了它的安全目標,顯然更為重要的是這個目標是什麼,事實上,它通過的是capp的eal4級,仍然相當於tcsecc2級,win2000的可*性比起98等來說有了明顯提高,但尚不足以向高端沖擊,其安全性問題也會大大影響它的可*性,這二者是緊密聯系的,不能孤立討論。
7.具有完善的嵌入式gui和嵌入式瀏覽器
面向用戶的嵌入式終端設備如smart phone等,都要求嵌入式os具有功能完善,控制項豐富的嵌入式gui,並支持功能強大的嵌入式瀏覽器。在這方面wince有完善的解決方案,linux也有qt/embedded等gui、opera等嵌入式瀏覽器,擁有眾多的選擇。
8.實現嵌入式日誌文件系統,具備斷電保護能力。
這些功能linux和windows都能達到。
9.能夠提供完善的開發工具集。
linux下的開發工具眾多,但不如windows開發工具易用。不過windows的開發工具不是為嵌入式領域設計的,功能也不完善。
10.能夠快速啟動
啟動速度二者差不多,但很多嵌入式設備並不需要圖形界面,且由於linux有源代碼,在硬體固定的情況下可以加速啟動,這時linux就比wince/windows啟動快多了。
通過以上分析,可以很清楚地看到,總體比較而言,在嵌入式領域linux比wince/windows具有明顯優勢。正因為如此,嵌入式linux比wince/windows應用領域要廣泛的多。wince的優勢在於pc衍生產品,如pocketpc、高端pda等。但在其他眾多的嵌入式領域中,wince就並不適合了。
在嵌入式領域,linux與wince/windows均為後發,windows不擁有在pc領域的壟斷優勢,二者公平競爭,這時更能清楚地看出他們的實用性差別和發展潛力。嵌入式給了linux一個自由廣闊的天地,充分體現出了opensource的巨大優勢,我們有理由相信:未來是open的世界!
㈥ 操作系統進程調度演算法模擬
第一部分: 實時調度演算法介紹
對於什麼是實時系統,POSIX 1003.b作了這樣的定義:指系統能夠在限定的響應時間內提供所需水平的服務。而一個由Donald Gillies提出的更加為大家接受的定義是:一個實時系統是指計算的正確性不僅取決於程序的邏輯正確性,也取決於結果產生的時間,如果系統的時間約束條件得不到滿足,將會發生系統出錯。
實時系統根據其對於實時性要求的不同,可以分為軟實時和硬實時兩種類型。硬實時系統指系統要有確保的最壞情況下的服務時間,即對於事件的響應時間的截止期限是無論如何都必須得到滿足。比如航天中的宇宙飛船的控制等就是現實中這樣的系統。其他的所有有實時特性的系統都可以稱之為軟實時系統。如果明確地來說,軟實時系統就是那些從統計的角度來說,一個任務(在下面的論述中,我們將對任務和進程不作區分)能夠得到有確保的處理時間,到達系統的事件也能夠在截止期限到來之前得到處理,但違反截止期限並不會帶來致命的錯誤,像實時多媒體系統就是一種軟實時系統。
一個計算機系統為了提供對於實時性的支持,它的操作系統必須對於CPU和其他資源進行有效的調度和管理。在多任務實時系統中,資源的調度和管理更加復雜。本文下面將先從分類的角度對各種實時任務調度演算法進行討論,然後研究普通的 Linux操作系統的進程調度以及各種實時Linux系統為了支持實時特性對普通Linux系統所做的改進。最後分析了將Linux操作系統應用於實時領域中時所出現的一些問題,並總結了各種實時Linux是如何解決這些問題的。
1. 實時CPU調度演算法分類
各種實時操作系統的實時調度演算法可以分為如下三種類別[Wang99][Gopalan01]:基於優先順序的調度演算法(Priority-driven scheling-PD)、基於CPU使用比例的共享式的調度演算法(Share-driven scheling-SD)、以及基於時間的進程調度演算法(Time-driven scheling-TD),下面對這三種調度演算法逐一進行介紹。
1.1. 基於優先順序的調度演算法
基於優先順序的調度演算法給每個進程分配一個優先順序,在每次進程調度時,調度器總是調度那個具有最高優先順序的任務來執行。根據不同的優先順序分配方法,基於優先順序的調度演算法可以分為如下兩種類型[Krishna01][Wang99]:
靜態優先順序調度演算法:
這種調度演算法給那些系統中得到運行的所有進程都靜態地分配一個優先順序。靜態優先順序的分配可以根據應用的屬性來進行,比如任務的周期,用戶優先順序,或者其它的預先確定的策略。RM(Rate-Monotonic)調度演算法是一種典型的靜態優先順序調度演算法,它根據任務的執行周期的長短來決定調度優先順序,那些具有小的執行周期的任務具有較高的優先順序。
動態優先順序調度演算法:
這種調度演算法根據任務的資源需求來動態地分配任務的優先順序,其目的就是在資源分配和調度時有更大的靈活性。非實時系統中就有很多這種調度演算法,比如短作業優先的調度演算法。在實時調度演算法中, EDF演算法是使用最多的一種動態優先順序調度演算法,該演算法給就緒隊列中的各個任務根據它們的截止期限(Deadline)來分配優先順序,具有最近的截止期限的任務具有最高的優先順序。
1.2. 基於比例共享調度演算法
雖然基於優先順序的調度演算法簡單而有效,但這種調度演算法提供的是一種硬實時的調度,在很多情況下並不適合使用這種調度演算法:比如象實時多媒體會議系統這樣的軟實時應用。對於這種軟實時應用,使用一種比例共享式的資源調度演算法(SD演算法)更為適合。
比例共享調度演算法指基於CPU使用比例的共享式的調度演算法,其基本思想就是按照一定的權重(比例)對一組需要調度的任務進行調度,讓它們的執行時間與它們的權重完全成正比。
我們可以通過兩種方法來實現比例共享調度演算法[Nieh01]:第一種方法是調節各個就緒進程出現在調度隊列隊首的頻率,並調度隊首的進程執行;第二種做法就是逐次調度就緒隊列中的各個進程投入運行,但根據分配的權重調節分配個每個進程的運行時間片。
比例共享調度演算法可以分為以下幾個類別:輪轉法、公平共享、公平隊列、彩票調度法(Lottery)等。
比例共享調度演算法的一個問題就是它沒有定義任何優先順序的概念;所有的任務都根據它們申請的比例共享CPU資源,當系統處於過載狀態時,所有的任務的執行都會按比例地變慢。所以為了保證系統中實時進程能夠獲得一定的CPU處理時間,一般採用一種動態調節進程權重的方法。
1.3. 基於時間的進程調度演算法
對於那些具有穩定、已知輸入的簡單系統,可以使用時間驅動(Time-driven:TD)的調度演算法,它能夠為數據處理提供很好的預測性。這種調度演算法本質上是一種設計時就確定下來的離線的靜態調度方法。在系統的設計階段,在明確系統中所有的處理情況下,對於各個任務的開始、切換、以及結束時間等就事先做出明確的安排和設計。這種調度演算法適合於那些很小的嵌入式系統、自控系統、感測器等應用環境。
這種調度演算法的優點是任務的執行有很好的可預測性,但最大的缺點是缺乏靈活性,並且會出現有任務需要被執行而CPU卻保持空閑的情況。
2. 通用Linux系統中的CPU調度
通用Linux系統支持實時和非實時兩種進程,實時進程相對於普通進程具有絕對的優先順序。對應地,實時進程採用SCHED_FIFO或者SCHED_RR調度策略,普通的進程採用SCHED_OTHER調度策略。
在調度演算法的實現上,Linux中的每個任務有四個與調度相關的參數,它們是rt_priority、policy、priority(nice)、counter。調度程序根據這四個參數進行進程調度。
在SCHED_OTHER 調度策略中,調度器總是選擇那個priority+counter值最大的進程來調度執行。從邏輯上分析,SCHED_OTHER調度策略存在著調度周期(epoch),在每一個調度周期中,一個進程的priority和counter值的大小影響了當前時刻應該調度哪一個進程來執行,其中 priority是一個固定不變的值,在進程創建時就已經確定,它代表了該進程的優先順序,也代表這該進程在每一個調度周期中能夠得到的時間片的多少; counter是一個動態變化的值,它反映了一個進程在當前的調度周期中還剩下的時間片。在每一個調度周期的開始,priority的值被賦給 counter,然後每次該進程被調度執行時,counter值都減少。當counter值為零時,該進程用完自己在本調度周期中的時間片,不再參與本調度周期的進程調度。當所有進程的時間片都用完時,一個調度周期結束,然後周而復始。另外可以看出Linux系統中的調度周期不是靜態的,它是一個動態變化的量,比如處於可運行狀態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以上的內核中, priority被nice所取代,但二者作用類似。
可見SCHED_OTHER調度策略本質上是一種比例共享的調度策略,它的這種設計方法能夠保證進程調度時的公平性--一個低優先順序的進程在每一個epoch中也會得到自己應得的那些CPU執行時間,另外它也提供了不同進程的優先順序區分,具有高priority值的進程能夠獲得更多的執行時間。
對於實時進程來說,它們使用的是基於實時優先順序rt_priority的優先順序調度策略,但根據不同的調度策略,同一實時優先順序的進程之間的調度方法有所不同:
SCHED_FIFO:不同的進程根據靜態優先順序進行排隊,然後在同一優先順序的隊列中,誰先准備好運行就先調度誰,並且正在運行的進程不會被終止直到以下情況發生:1.被有更高優先順序的進程所強佔CPU;2.自己因為資源請求而阻塞;3.自己主動放棄CPU(調用sched_yield);
SCHED_RR:這種調度策略跟上面的SCHED_FIFO一模一樣,除了它給每個進程分配一個時間片,時間片到了正在執行的進程就放棄執行;時間片的長度可以通過sched_rr_get_interval調用得到;
由於Linux系統本身是一個面向桌面的系統,所以將它應用於實時應用中時存在如下的一些問題:
Linux系統中的調度單位為10ms,所以它不能夠提供精確的定時;
當一個進程調用系統調用進入內核態運行時,它是不可被搶占的;
Linux內核實現中使用了大量的封中斷操作會造成中斷的丟失;
由於使用虛擬內存技術,當發生頁出錯時,需要從硬碟中讀取交換數據,但硬碟讀寫由於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的截止期限;
雖然Linux進程調度也支持實時優先順序,但缺乏有效的實時任務的調度機制和調度演算法;它的網路子系統的協議處理和其它設備的中斷處理都沒有與它對應的進程的調度關聯起來,並且它們自身也沒有明確的調度機制;
3. 各種實時Linux系統
3.1. RT-Linux和RTAI
RT -Linux是新墨西哥科技大學(New Mexico Institute of Technology)的研究成果[RTLinuxWeb][Barabanov97]。它的基本思想是,為了在Linux系統中提供對於硬實時的支持,它實現了一個微內核的小的實時操作系統(我們也稱之為RT-Linux的實時子系統),而將普通Linux系統作為一個該操作系統中的一個低優先順序的任務來運行。另外普通Linux系統中的任務可以通過FIFO和實時任務進行通信。RT-Linux的框架如圖 1所示:
圖 1 RT-Linux結構
RT -Linux的關鍵技術是通過軟體來模擬硬體的中斷控制器。當Linux系統要封鎖CPU的中斷時時,RT-Linux中的實時子系統會截取到這個請求,把它記錄下來,而實際上並不真正封鎖硬體中斷,這樣就避免了由於封中斷所造成的系統在一段時間沒有響應的情況,從而提高了實時性。當有硬體中斷到來時, RT-Linux截取該中斷,並判斷是否有實時子系統中的中斷常式來處理還是傳遞給普通的Linux內核進行處理。另外,普通Linux系統中的最小定時精度由系統中的實時時鍾的頻率決定,一般Linux系統將該時鍾設置為每秒來100個時鍾中斷,所以Linux系統中一般的定時精度為 10ms,即時鍾周期是10ms,而RT-Linux通過將系統的實時時鍾設置為單次觸發狀態,可以提供十幾個微秒級的調度粒度。
RT-Linux實時子系統中的任務調度可以採用RM、EDF等優先順序驅動的演算法,也可以採用其他調度演算法。
RT -Linux對於那些在重負荷下工作的專有系統來說,確實是一個不錯的選擇,但他僅僅提供了對於CPU資源的調度;並且實時系統和普通Linux系統關系不是十分密切,這樣的話,開發人員不能充分利用Linux系統中已經實現的功能,如協議棧等。所以RT-Linux適合與工業控制等實時任務功能簡單,並且有硬實時要求的環境中,但如果要應用與多媒體處理中還需要做大量的工作。
義大利的RTAI( Real-Time Application Interface )源於RT-Linux,它在設計思想上和RT-Linux完全相同。它當初設計目的是為了解決RT-Linux難於在不同Linux版本之間難於移植的問題,為此,RTAI在 Linux 上定義了一個實時硬體抽象層,實時任務通過這個抽象層提供的介面和Linux系統進行交互,這樣在給Linux內核中增加實時支持時可以盡可能少地修改 Linux的內核源代碼。
3.2. Kurt-Linux
Kurt -Linux由Kansas大學開發,它可以提供微秒級的實時精度[KurtWeb] [Srinivasan]。不同於RT-Linux單獨實現一個實時內核的做法,Kurt -Linux是在通用Linux系統的基礎上實現的,它也是第一個可以使用普通Linux系統調用的基於Linux的實時系統。
Kurt-Linux將系統分為三種狀態:正常態、實時態和混合態,在正常態時它採用普通的Linux的調度策略,在實時態只運行實時任務,在混合態實時和非實時任務都可以執行;實時態可以用於對於實時性要求比較嚴格的情況。
為了提高Linux系統的實時特性,必須提高系統所支持的時鍾精度。但如果僅僅簡單地提高時鍾頻率,會引起調度負載的增加,從而嚴重降低系統的性能。為了解決這個矛盾, Kurt-Linux採用UTIME所使用的提高Linux系統中的時鍾精度的方法[UTIMEWeb]:它將時鍾晶元設置為單次觸發狀態(One shot mode),即每次給時鍾晶元設置一個超時時間,然後到該超時事件發生時在時鍾中斷處理程序中再次根據需要給時鍾晶元設置一個超時時間。它的基本思想是一個精確的定時意味著我們需要時鍾中斷在我們需要的一個比較精確的時間發生,但並非一定需要系統時鍾頻率達到此精度。它利用CPU的時鍾計數器TSC (Time Stamp Counter)來提供精度可達CPU主頻的時間精度。
對於實時任務的調度,Kurt-Linux採用基於時間(TD)的靜態的實時CPU調度演算法。實時任務在設計階段就需要明確地說明它們實時事件要發生的時間。這種調度演算法對於那些循環執行的任務能夠取得較好的調度效果。
Kurt -Linux相對於RT-Linux的一個優點就是可以使用Linux系統自身的系統調用,它本來被設計用於提供對硬實時的支持,但由於它在實現上只是簡單的將Linux調度器用一個簡單的時間驅動的調度器所取代,所以它的實時進程的調度很容易受到其它非實時任務的影響,從而在有的情況下會發生實時任務的截止期限不能滿足的情況,所以也被稱作嚴格實時系統(Firm Real-time)。目前基於Kurt-Linux的應用有:ARTS(ATM Reference Traffic System)、多媒體播放軟體等。另外Kurt-Linux所採用的這種方法需要頻繁地對時鍾晶元進行編程設置。
3.3. RED-Linux
RED -Linux是加州大學Irvine分校開發的實時Linux系統[REDWeb][ Wang99],它將對實時調度的支持和Linux很好地實現在同一個操作系統內核中。它同時支持三種類型的調度演算法,即:Time-Driven、 Priority-Dirven、Share-Driven。
為了提高系統的調度粒度,RED-Linux從RT-Linux那兒借鑒了軟體模擬中斷管理器的機制,並且提高了時鍾中斷頻率。當有硬體中斷到來時,RED-Linux的中斷模擬程序僅僅是簡單地將到來的中斷放到一個隊列中進行排隊,並不執行真正的中斷處理程序。
另外為了解決Linux進程在內核態不能被搶占的問題, RED-Linux在Linux內核的很多函數中插入了搶占點原語,使得進程在內核態時,也可以在一定程度上被搶占。通過這種方法提高了內核的實時特性。
RED-Linux的設計目標就是提供一個可以支持各種調度演算法的通用的調度框架,該系統給每個任務增加了如下幾項屬性,並將它們作為進程調度的依據:
Priority:作業的優先順序;
Start-Time:作業的開始時間;
Finish-Time:作業的結束時間;
Budget:作業在運行期間所要使用的資源的多少;
通過調整這些屬性的取值及調度程序按照什麼樣的優先順序來使用這些屬性值,幾乎可以實現所有的調度演算法。這樣的話,可以將三種不同的調度演算法無縫、統一地結合到了一起。
㈦ 在linux上安裝rtai後為什麼會卡死
㈧ rtai和linux的版本直接有沒有什麼要求
rtai與ilinux的內核版本最好要一致
㈨ 介紹幾種主流嵌入式操作系統的特點,並分析比較 哥們,我現在糾結這個問題,可以給點指點嗎
1. uC/OS—II
uC/OS—II是赫赫有名的開源嵌入式OS(Operating System),但如果用於商業目的,需要授權。內核簡單清晰,是學習嵌入式 實時操作系統極好的入門材料。近來增加了uC/GUI圖形界面,uC/FS文件系統,uC/TCP網路功能,這些都是要收費的。進行簡單的開發還是不錯的選擇。 在8位的51系列單片機用的很多,16位、32位也支持。
2. FreeDOS
FreeDOS,是開源的兼容DOS。自從微軟拋棄DOS,一心一意謀Windows,開源社區就開發了FreeDOS。DOS的幾個缺點:單進程,網路功能弱。用於DOS免費的網路協議棧已經有了。要做真正的嵌入式,當慢騰騰又臃腫 的AWORD生產的BIOS傷你的心時,你需要開發一個嵌入式的BIOS,主要用X86匯編。台灣很多公司喜歡用兼容DOS,畢竟DOS時代的程序員還在。FreeDOS是X86系列嵌入式OS的首選,特別是80186兼容的16位,80386兼容的32位。
3. eCOS
eCOS是真正的GPL實時嵌入式OS,大概比uC/OS-II大一倍,是因為Linux的實時性不好開發的,很有前途,只是中國學eCOS的很少。
4. Linux
Linux如此有名,但因為實時性問題,只能用在要求不高的嵌入式系統中。 不過有幾家大公司比如風河,在開發高實時性的Linux。Linux的前途越來越好,我是說伺服器和嵌入式,不是說桌面。Linux是32位,不是16位,ARM9用的多。
5. uCLinux
uCLinux,32位ARM7TDMI的首選。主要用於沒有MMU的CPU,簡單的說是沒有虛擬內存。
6. RTLinux
RTLinux,Linux的實時擴展,商業目的需要收費,主要是實時API作為驅動模塊載入到內核,架空Linux的底層,通過實時FIFO進程間通訊。
7. RTAI
RTAI,類似於RTLinux,真正GPL,我看前途比RTLinux好,結構清晰,有實時串口API,實時TCP等。
8. FreeRTOS
FreeRTOS這是一個開源的項目,屬於輕量級內核,API比較全,支持AVR、ARM、MSP430等處理器,同時有移植好的uIP。
9. RTEMS
RTEMS是前美國軍方研製的嵌入式系統, 最早用於美國國防系統,早期的名稱為實時導彈系統(Real Time Executive for Missile Systems),後來改名為實時軍用系統(Real Time Executive for Military Systems), 目前的全稱是實時(Real Time Executive for Multiprocessor Systems)用,他的特點是非常的穩定,而且速度快。現在是一個開源項目的RTOS。
下面是比較貴的或不開源的嵌入式OS,簡單列出,對於我們個人而言,購買是不太現實的,破解版在市場 上也是不多,而且大多數並不能用。
WinCE.net:微軟嵌入式的主力,不過風頭沒有桌面好,而且硬實時有問題(比Linux強一些),個頭也很大。
Palm:PDA上的主力,現在好像在衰落。
Symbian:在手機上的主力。
VRTX:80年代的,世界最早的嵌入式實時OS。
PSOS:也很老了,被風河收購,好像不重視。
VxWorks:大名鼎鼎的風河公司的主產品。
QNX:主要在X86構架的CPU上,開始向其它器件移植。
Lynx:與Posix兼容性很好,也就是與Linux源代碼級兼容很好,用得也比較多。
JavaOS:基於Java技術,編寫手機游戲的朋友們應該很熟悉。
OSE:瑞典公司開發,用於電信行業,他們在做OSE+Linux雙系統。
Nucleus:源代碼授權,自稱1995年成為全球第一大源代碼RTOS廠商,技術比較先進。
ThreadX:比較便宜,應用廣泛的實時OS。
I—TRON:日本專用,壟斷日本市場,在其它國家幾乎沒人用。不過日本的技術使他有資格獨搞一套。
Hope(從Linux裁剪整理的)和DeltaOS:是我們中國的產品,作為一個中國人應該支持自己的IT產業,不過如果想要有大的發展,還要不斷努力,祝我們國人能夠 成功。