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實時Linux與其它RTOS的比較

←手機掃碼閱讀     火星人 @ 2014-03-12 , reply:0
  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軟體系統有限公司的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、生產過程式控制制、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。

  基本特徵概述

  * QNX是一個分散式、嵌入式、可規模擴展的實時操作系統。它遵循POSIX.1 (程序介面)和POSIX.2 (Shell和工具)、部分遵循POSIX.1b(實時擴展)。它最早開發於1980年,到現在已相當成熟。

  *LynxOS是一個分散式、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。它最早開發於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,不同於硬(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網路應用,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,易於ROM固化,並可模塊化擴展。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。相對於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、底層網路通信和中斷處理,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、中斷服務常式的裝入、底層任務通信隊列、中斷服務常式(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於這個小核心之上,所有的任務都在核心地址空間運行。它不同於微內核和大型內核,屬於實時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。它不屬於微內核結構。

  調度策略分析

  任務調度策略是直接影響實時性能的因素。儘管調度演算法多種多樣,但大多由單調率演算法(RM)和最早期限優先演算法(EDF)變化而來。前者主要用於靜態周期任務的調度,後者主要用於動態調度,在不同的系統狀態下兩種演算法各有優劣。在商業產品中採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個進程優先順序;

  * 搶佔式的、基於優先順序的正文切換;

  * 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順序;

  *硬實時優先順序調度:在每個優先順序上實現了輪轉調度、定量調度和FIFO調度策略;

  * 快速正文切換和阻塞時間短;

  * 搶佔式的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本身作為一個可搶佔的任務在核內運行,優先順序最低,隨時會被高優先順序任務搶佔。

  * 用戶可自行編寫調度程序,它們可實現為可載入的核心模塊;

  * 已實現的調度程序有:基於優先順序的搶佔式調度和EDF調度;

  * 基於優先順序的調度使用「單調率演算法」,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範,特別是兩種商業RTOS,遵循或部分遵循POSIX.1b實時調度標準。

  操作系統服務比較

  QNX的系統服務:

  *多種資源管理器,包括各種文件系統和設備管理,支持多個文件系統同時運行,包括提供完全POSIX.1及UNIX語法的POSIX文件系統,支持多種快閃記憶體設備的嵌入式文件系統,支持對多種文件伺服器(如Windows NT/95、LAN Manager等)的透明訪問的SMB文件系統、DOS文件系統、CD-ROM文件系統等。

  * 設備管理。在進程和終端設備間提供大吞吐量、低開銷介面服務。

  * 圖形/窗口支持。包括QNX Windows、X Window System for QNX、對MS Windows NT/95和X Window系統的遠程圖形連接。

  * TCP/IP for QNX。

  *高性能、容錯型QNX網路——FLEET,使得所有連入網路的計算機變成一個邏輯上的超級計算機。

  *透明的分散式處理。FLEET網路處理與消息傳遞和進程管理原語的集成,將本地和網路IPC統一起來,使得網路對IPC而言是透明的。

  LynxOS的系統服務:

  * 網路和通信。由於使用UNIX/POSIX API,Lynx很適合於數據通信和Internet應用。又由於系統的開放性,網路軟體很容易移植到Lynx上。同樣,Lynx亦提供關鍵的電話通信協議,使之適用於電信系統的基礎架構、操作和多媒體應用。

  * TCP/IP協議棧。Lynx自帶優化的TCP/IP協議棧,提供高性能服務,如TCP頭預測、高級路由演算法、IP級多址廣播和鏈路級高速緩衝。

  * Internet工具。包括,Telnet、Ftp、tftp、PPP、SLIP、實時調度的嵌入式Java虛擬機、嵌入式HTTP server、bootp、ARP/RARP、DNS域名服務、電子郵件、Perl、電話通信協議等。

  * SVR3流。LynxOS流機製為開發和移植基於流的驅動程序和應用提供了核心支持。

  *文件系統。實時的類UNIX層次結構文件系統:連續結構文件、帶緩衝/不帶緩衝、原始分區和原始設備訪問。

  * 基於Motif的圖形用戶介面。

  * 分散式計算資源。SCMP與VME匯流排上的多處理結合,PCI橋服務、CompactPCI Hot-swap Services、Lynx/HA-DDS分散式數據系統。

  Linux的系統服務:

  近來,很多基於Linux的實時應用被開發出來,它具有成熟和豐富的資源。

  * UNIX用戶的開發工具和應用軟體都被移植到Linux上。

  * TCP/IP網路協議。

  * 各種Internet客戶/服務端軟體。

  * X Window。

  * C/C++、Java等語言編譯器。

  上述系統的共同點是都提供了圖形界面、各種網路支持等必要工具。QNX是一個更加符合傳統「分散式」概念的操作系統,目標是把整個區域網變成一個大的超級計算機,使得網路的存在對用戶透明,文件系統提供的服務也很豐富。但是,分散式的程度越高也意味著系統開銷的增大。LynxOS則著意於提供豐富的網路服務,而Linux的最大優勢則是經濟,還可以通過新聞組或mailing list快速地解決用戶碰到的任何問題。

  系統開放性對比

  對於很多大、中型系統來說,大多數軟體都是為UNIX平台編寫的,因此RTOS是否提供POSIX/UNIX API就顯得很重要。

  QNX的開放性:

  * QNX的POSIX兼容性和其提供的UNIX特色的編譯器、調試器、X Window和TCP/IP都是UNIX程序員所熟悉的。

  * 支持多種CPU:AMD ElanSC300/310/400/410、Am386 DE/SE、Cyrix MediaGX、x86處理器(386以上)、Pentium系列、STMicroelectronics 的STPC。

  * 多種匯流排:CompactPCI、EISA、ISA 、MPE (RadiSys)、STD、STD 32、PC/104、PC/104-Plus、PCI、PCMCIA、VESA、VME。

  * 各種外設:多種SCSI設備、IDE/EIDE驅動器、10M/100M乙太網卡、Token Ring網卡、FDDI介面卡、多種PCMCIA設備、快閃記憶體、音效卡等等。

  LynxOS的開放性:

  * POSIX.1a、1b、1c及BSD4.4等兼容性,使得遵循POSIX 1003或用於UNIX的程序很容易移植到LynxOS上。

  *支持多種CPU主板:包括CompactPCI(6U/3U)和標準PCI、VME/Eurobus、PC/104和PC/AT硬體等。

  *各種外設適配器:10/100BaseT Ethernet、SCSI介面、單/多通道串列控制器、單/雙工并行口、時鐘、計時器、IDE介面、高解析度顯示適配器等。

  Linux的開放性:

  * 用戶可得到UNIX的全部開發工具。

  * 可使用市場上便宜又常見的硬體。

  通過分析,可以看到以上系統各有優勢,因此,在平台搭造過程中,用戶應根據自己的實際需要並結合性能價格比進行選擇。


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