嵌入式Linux分时操作系统的实时性分析
一、章节 Linux本身为分时操作系统，其系统目标为较好的平均值响应时间和较高的吞吐量，而实时系统则主要考虑到任务的如期已完成、尽量减少进程运营的不可预测性等。但与商业嵌入式操作系统比起Linux遵循GPL，具备源代码对外开放、自定义便利、反对普遍的计算机硬件等优点，所以，近年来嵌入式Linux沦为嵌入式系统方向上的一个研究热点。 本文首先分析了实时系统的特点和Linux内核在动态应用于方面的严重不足，然后针对影响操作系统动态性能的若干方面展开研究，明确提出解决方案，最后总结全文。
二、实时系统的分类 实时系统最重要的特点就是实时性，即系统的正确性某种程度依赖计算出来的逻辑结果的正确性，还各不相同输入结果时间的及时性。从这个看作，实时系统是“一个需要在登录或者确认的时间内已完成系统功能和对外部环境作出号召的系统”。按对动态性能拒绝的程度，实时系统可分成两类： (1)软实时系统：拒绝可确定性强劲，具备具体的动态约束，在某个限定版的时刻之前无法已完成任务将导致灾难性的后果。
(2)硬实时系统：也对时间脆弱，但有时候再次发生无法符合严苛动态拒绝的情况也是容许的。 三、Linux在动态方面不存在的严重不足 Linux虽然合乎POSIX1003.1b关于动态拓展部分的标准，例如：反对SCHED_FIFO和SCHED_RR动态调度策略，锁住内存机制(memorylocking)，动态信号等功能，但是由于其最初的设计目标为标准化分时操作系统，因此作为一个实时操作系统，Linux依然不存在如下缺失： (1)Linux的内核本身所谓守住的。Linux下分用户态和核心态两种模式，当进程运营在用户态时，可被优先级更高的进程守住，但当它转入核心态时，其他用户态进程优先级再行低也无法守住它。 (2)Linux虽然给动态进程获取了较高的优先级，但是没重新加入时间容许。
例如：已完成的最后期限、不应在多长时间内已完成、继续执行周期等等。同时，其他大量的非动态进程也有可能对动态进程导致堵塞，无法保证动态进程的响应时间。
(3)时钟粒度坚硬。时钟管理是操作系统的脉搏，任务的继续执行和终止在很多情况下都是由时钟必要或间接唤醒的，它还是进程调度的重要依据。
Linux的周期模式定时器频率仅有为100Hz，近无法符合动态应用于的拒绝。 四、改良内核实时性的分析与研究 从中断软件仿真、可守住式内核体系结构、动态任务的调度策略这三个方面对嵌入式Linux内核展开研究，并得出了适当的提升实时性的方法。 1.响应时间的分析及解决问题方法 任务的响应时间被定义为一个事件的再次发生和任务号召这一事件开始继续执行之间的间隔时间，一般来说有以下几个因素影响任务的响应时间。
(1)中断分配时间IDT（interruptdispatchtime）：当一个中断产生时，在调用中断处理程序闲置CPU以前，操作系统用来留存所有的寄存器中的内容和系统中其他的关于这一任务状态的时间。 (2)中断服务时间：IST（interruptservicetime）：中断服务程序用来从硬件设备加载信息或从操作系统搜集信息所用的时间。 (3)内核守住时间KPT（kernelpreemptiontime）：在操作系统意欲守住当前进程与守住实质上再次发生之间的时间间隔。 (4)调度延后SD（scheduledelay）：调度程序用来调度另一个线程投放运营的时间。
(5)进程转换时间CST（contestswitchingtime）：当前线程用来留存寄存器和系统状态的时间与即将运营的线程完全恢复寄存器中的内容和系统状态的时间总和。 (6)系统调用回到时间RST（returnfromsystemcall）：正处于内核态的线程在它回到用户态之前检查一些状态所用的时间。 以上这些时间中，SD、CST和RST总是相同恒定的，如果Linux内核设计得宜的话，IDT、IST和KPT可以有效地的增加。在动态应用于的环境中，若干个中断同时再次发生的情况是几乎有可能不存在的。
这时任务的响应时间最少将包括N(IDT+IST)，N为中断数。 中断软件仿真被用来解决问题多个中断同时再次发生的情形。当一个硬件中断再次发生时，系统只是非常简单的在时间表中报告这一时间的再次发生，然后立刻将CPU的控制权回到给操作系统，几乎跳过了查中断向量表并继续执行适当的中断服务程序。系统在Linux内核之前求救了所有不应中断信号，并根据当前动态任务的必须，由软中断仿真机制处置或悬挂该中断（例如：IBMPC中的8259中断控制器）。
使用这个方法，可以增加当多个中断同时再次发生时任务的响应时间，最久的延迟时间为N*ISTrsquo;，其中N为中断数。在这里之所以是ISTrsquo;，而不是IST，是因为使用软中断软件仿真的方法使得在IST时间段内只继续执行一些非常简单的操作者。
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