實時Linux與其它嵌入式實時操作系統的比較

實時Linux與其它RTOS的比較

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

近年來，實時操作系統在多媒體通信、在線事務處理、生產過程控制、交通控制等各個領域得到廣泛的應用，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、可規模擴展的實時操作系統。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）。它最早開發于1980年，到現在已相當成熟。

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

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

＊KURT－Linux不是為嵌入式應用設計的，不同于硬（hard）實時/軟（soft）實時應用，他們提出“嚴格（firm）”實時應用的概念，如一些多媒體應用和ATM網絡應用，KURT是為這樣一些應用設計的“嚴格的”實時系統。

體系結構異同

實時系統的實現多為微內核體系結構，這使得核心小巧而可靠，易于ROM固化，并可模塊化擴展。微內核結構系統中，OS服務模塊在獨立的地址空間運行，所以，不同模塊的內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核系統來說，它必須靠更多地進行系統調用來完成相同的任務。

＊QNX是一個微內核實時操作系統，其核心僅提供4種服務：進程調度、進程間通信、底層網絡通信和中斷處理，其進程在獨立的地址空間運行。所有其它OS服務，都實現為協作的用戶進程，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核結構的操作系統，但它計劃使用所謂的“Galaxy”技術將其從大型集成化內核改造成微內核，這一技術將在LynxOS 3.0中引入。新的28Kb微內核提供以下服務：核心啟動和停止、底層內存管理、出錯處理、中斷處理、多任務、底層同步和互斥支持。

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

＊KURT－Linux核心包括兩個部分：內核和實時模塊。內核負責實時事件的調度，實時模塊為用戶進程提供特定的實時服務。它不屬于微內核結構。

調度策略分析

任務調度策略是直接影響實時性能的因素。盡管調度算法多種多樣，但大多由單調率算法（RM）和最早期限優先算法（EDF）變化而來。前者主要用于靜態周期任務的調度，后者主要用于動態調度，在不同的系統狀態下兩種算法各有優劣。在商業產品中采用的實際策略常常是各種因素的折中。

QNX提供POSIX.1b標準進程調度：

＊32個進程優先級；

＊搶占式的、基于優先級的正文切換；

＊可選調度策略：FIFO、輪轉策略、適應性策略。

LynxOS其調度策略為：

＊LynxOS支持線程概念，提供256個全局用戶線程優先級；

＊硬實時優先級調度：在每個優先級上實現了輪轉調度、定量調度和FIFO調度策略；

＊快速正文切換和阻塞時間短；

＊搶占式的RTOS核心。

RT－Linux在操作系統之下實現了一個簡單的實時核心，Linux本身作為一個可搶占的任務在核內運行，優先級最低，隨時會被高優先級任務搶占。

＊用戶可自行編寫調度程序，它們可實現為可加載的核心模塊；

＊已實現的調度程序有：基于優先級的搶占式調度和EDF調度；

＊基于優先級的調度使用“單調率算法”，它直接支持周期任務。

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

＊支持FIFO調度策略、輪轉調度策略和UNIX分時調度策略；

＊增加了SCHED－KURT調度策略，這是一種靜態調度策略，使用一個特殊的調度文件記錄預先定義好的待調度進程的參數。

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