Linux分時操作系統的實時性分析

圖1 雙內核結構

在Linux內核和硬件之間加個小的實時核，由它管理中斷，提供一些必要的功能，如底層任務創建、中斷服務程序，并且為底層任務、ISR和Linux進程之間進行通信排隊；而Linux內核本身則成為優先級最低的Idletask。

對實時性要求強的應用編寫成實時任務，在實時內核上直接運行。Linux內核可以被優先級更高的實時任務搶占。對于Linux內核的修改主要集中在三方面：(1) 在Linux內核中影響實時性的地方增加控制點，使內核在控制點可以被搶占，減少內核搶占延遲；(2) 將執行時間較長的系統劃分為幾個甚至是十幾個較小的塊分別執行，使實時任務隨時中斷非實時任務；(3) 根據實際需要，增加部分功能。

隨著嵌入式應用的深入，特別是在數字通信和網絡中的應用，多核結構的處理器也陸續上市。如：Motorola公司研發的MPC8260PowerQUICC||融合了兩個CPU-嵌入式PowerPC內核和通信處理模塊（CPM）；Infineon公司推出的TC10GP和增強型TC1130都是三核（TriCore）結構的微處理器，這些處理器的產生對于Linux應用中的實時性都大有幫助。 3. 實時調度的算法研究

常用的實時調度算法有：基于優先級的調度算法（priority-drivenscheduling，PD）；基于時間驅動的調度算法（time-drivenscheduling，TD）；基于比例共享的調度算法（share-drivensched2uling，SD）。基于優先級的調度算法 調度器以優先級作為尋求下一個任務執行的依據。可分為如下兩種類型：

(1) 靜態優先級調度算法：該算法給系統中所有進程都靜態的分配一個優先級。靜態優先級的分配可以根據應用的屬性來進行，例如任務的周期、用戶優先級或者其他預先確定的策略。RM（RateMonotonic）是一種典型的靜態優先級調度算法，它根據任務執行周期的長短來決定調度優先級，執行周期小的任務具有較高的優先級。

(2) 動態優先級調度算法：這種算法根據任務的資源需求來動態的分配任務的優先級。EDF（earliestdeadlinefirst）算法是一種典型的動態優先級調度算法，該算法根據就緒隊列中各個任務的截止期限來分配優先級，具有最近截止期限的任的優先級最高。

基于時間驅動的調度算法

該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，在明確系統中所有處理的情況下，對于各個任務的開始、切換以及結束時間等事先組出明確的安排和設計。

基于比例共享的調度算法

這是一種越來越受到關注的實時調度模式，基于GPS（generalprocessorscheduling）的算法，其基本思想就是按照一定的權重（CPU使用的比例）對一組需要調度的任務進行調度，使其執行時間與權重完全成正比?？梢酝ㄟ^兩種方法來實現比例共享調度算法：(1)是調節各個就緒進程出現在當前調度隊列隊首的頻率，并調度隊首的進程執行；(2)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給每個進程的運行時間片。比例共享算法包括輪轉法、公平共享法、公平隊列法和彩票調度法等幾類。

每一種調度策略都有自己的優越性和不足。在這里我們提出了一種宏觀調度結構，通過設計和構造多屬性和多調度器的選擇機制，使三種實時調度策略的應用都得到支持，相對于只對單種調度策略提供支持的方案，拓展了系統的可使用范圍。宏觀調度結構如圖2所示。