實時系統(tǒng)指系統(tǒng)的計算正確性不僅取決于計算的邏輯正確性,還取決于產(chǎn)生結(jié)果的時間。如果未滿足系統(tǒng)的時間約束,則認(rèn)為系統(tǒng)失效。換句話說,系統(tǒng)面對變化的負(fù)載(從最小到最壞的情況)時必須確定性地保證滿足時間要求。
注意,實時性與速度關(guān)系不大:它與可預(yù)見性有關(guān)。例如,使用快速的現(xiàn)代處理器時,Linux 可以提供 20 μ 微秒的典型中斷響應(yīng),但有時候響應(yīng)會變得很長。這是一個基本的問題:并不是 Linux 不夠快或效率不夠高,而是因為它不能提供確定性。
當(dāng)中斷到達(dá)時(event),CPU 發(fā)生中斷并轉(zhuǎn)入中斷處理。執(zhí)行一些工作以確定發(fā)生了什么事件,然后執(zhí)行少量工作分配必需的任務(wù)以處理此事件(上下文切換)。中斷到達(dá)與分發(fā)必需任務(wù)之間的時間(假設(shè)分配的是優(yōu)先級最高的任務(wù))稱為響應(yīng)時間。對于實時性要求,響應(yīng)時間應(yīng)是確定的并應(yīng)當(dāng)在已知的最壞情況的時間內(nèi)完成。因此,對于某些高安全性的場合,操作系統(tǒng)應(yīng)快速地分配任務(wù),并且不允許其他非實時處理進(jìn)行干擾。晚一秒鐘響應(yīng)比沒有響應(yīng)的情況更糟糕。
除為中斷處理提供確定性外,實時處理也需要支持周期性間隔的任務(wù)調(diào)度。大量控制系統(tǒng)要求周期性采樣與處理。某個特定任務(wù)必須按照固定的周期(p)執(zhí)行,從而確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在某些控制場合下,為了保持控制系統(tǒng)的正常工作,傳感器的采樣與控制必須按照一定的周期間隔。這意味著必須搶占其他處理,以便特定任務(wù)能按照期望的周期執(zhí)行。
能夠在指定的期限完成實時任務(wù)(即便在最壞的處理負(fù)載下也能如此)的操作系統(tǒng)稱為硬實時 系統(tǒng)。但并不是任何情況下都需要硬實時支持。如果操作系統(tǒng)在平均情況下能支持任務(wù)的執(zhí)行期限,則稱它為軟實時 系統(tǒng)。硬實時系統(tǒng)指超過截止期限后將造成災(zāi)難性后果(例如展開氣囊過晚或制動壓力產(chǎn)生的滑行距離過長)的系統(tǒng)。軟實時系統(tǒng)超過截止期限后并不會造成系統(tǒng)整體失。ㄈ鐏G失視頻中的一幀)。
Linux 架構(gòu)支持通過以下幾種方式實現(xiàn)硬實時。
1. 瘦內(nèi)核方法
瘦內(nèi)核(或微內(nèi)核)方法使用了第二個內(nèi)核作為硬件與 Linux 內(nèi)核間的抽象接口。非實時 Linux 內(nèi)核在后臺運行,作為瘦內(nèi)核的一項低優(yōu)先級任務(wù)托管全部非實時任務(wù)。實時任務(wù)直接在瘦內(nèi)核上運行。