實時操作系統概述

　　實時操作系統（RTOS）是指當外界事件或數據產生時，能夠接受并以足夠快的速度予以處理，其處理的結果又能在規定的時間之內來控制生產過程或對處理系統做出快速響應，調度一切可利用的資源完成實時任務，并控制所有實時任務協調一致運行的操作系統。提供及時響應和高可靠性是其主要特點。

　　實時操作系統是搶占式操作系統，如果你的進程優先級高，則肯定第一個得到執行，直至結束執行，中間的時間通過CPU頻率等可以推算出來。

　　其實就是要求你對他的請求，他得在一定時限內給你結果，而不能因為系統忙或調度算法的原因拖沓，也就是只要指定了時間或發生了高優先級時間，無論任何操作，必須立刻中斷，即使內核也是如此。

　　Windows的內核是不可搶占的，所以它不是實時操作系統。Linux是軟實時的，內核中仍然有大量不可搶占區域。時限要求高的是硬實時，時限要求低的是軟實時

　　非實時操作系統概述

　　通常的通用操作系統Windows和Linux都叫分時操作系統，一般采用公平調度算法，線程/進程一多就得分享CPU時間，Linux下有針對“實時進程”的調度，調度算法和普通進程不一樣，但也只是相對的響應時間降低而已，類似的Windows下的“實時”優先級，也只不過是最高優先級，而不是真正的實時

　　真正的實時操作系統內核是可中斷可搶占的。而非實時的操作系統通常在執行內核功能時是不可中斷的，Linux是軟實時的，它在內核中加入了若干可中斷點，而不是任何時候都允許中斷。

　　Windows的內核是不可搶占的，所以它不是實時操作系統。Linux是軟實時的，內核中仍然有大量不可搶占區域。

　　這樣對內核的設計就要求很高。

　　實時操作系統和非實時操作系統的區別

　　實時系統與非實時系統的根本區別在于：實時系統具有與外部環境及時交互作用的能力。也就是說實時系統從外部獲取信息以及系統得出結論要在很短的限制時間內完成。

　　嵌入式實時系統中采用的操作系統我們稱為嵌入式實時操作系統，它既是嵌入式操作系統，又是實時操作系統。作為一種嵌入式操作系統，它具有嵌入式軟件共有的可裁剪、低資源占用、低功耗等特點；而作為一種實時操作系統（本文對實時操作系統特性的討論僅限于強實時操作系統，下面提到的實時操作系統也均指強實時操作系統），它與通用操作系統（如Windows、Unix、Linux等）相比有很大的差別，下面我們將通過比較這兩種操作系統之間的差別來逐步描述實時操作系統的主要特點。

　　我們在日常工作學習環境中接觸最多的是通用操作系統，通用操作系統是由分時操作系統發展而來，大部分都支持多用戶和多進程，負責管理眾多的進程并為它們分配系統資源。分時操作系統的基本設計原則是：盡量縮短系統的平均響應時間并提高系統的吞吐率，在單位時間內為盡可能多的用戶請求提供服務。由此可以看出，分時操作系統注重平均表現性能，不注重個體表現性能。如對于整個系統來說，注重所有任務的平均響應時間而不關心單個任務的響應時間，對于某個單個任務來說，注重每次執行的平均響應時間而不關心某次特定執行的響應時間。通用操作系統中采用的很多策略和技巧都體現出了這種設計原則，如虛存管理機制中由于采用了LRU等頁替換算法，使得大部分的訪存需求能夠快速地通過物理內存完成，只有很小一部分的訪存需求需要通過調頁完成，但從總體上來看，平均訪存時間與不采用虛存技術相比沒有很大的提高，同時又獲得了虛空間可以遠大于物理內存容量等好處，因此虛存技術在通用操作系統中得到了十分廣泛的應用。類似的例子還有很多，如Unix文件系統中文件存放位置的間接索引查詢機制等，甚至硬件設計中的Cache技術以及CPU的動態分支預測技術等也都體現出了這種設計原則。由此可見，這種注重平均表現，即統計型表現特性的設計原則的影響是十分深遠的。

　　而對于實時操作系統，前面我們已經提到，它除了要滿足應用的功能需求以外，更重要的是還要滿足應用提出的實時性要求，而組成一個應用的眾多實時任務對于實時性的要求是各不相同的，此外實時任務之間可能還會有一些復雜的關聯和同步關系，如執行順序限制、共享資源的互斥訪問要求等，這就為系統實時性的保證帶來了很大的困難。

　　因此，實時操作系統所遵循的最重要的設計原則是：采用各種算法和策略，始終保證系統行為的可預測性（predictability）。可預測性是指在系統運行的任何時刻，在任何情況下，實時操作系統的資源調配策略都能為爭奪資源（包括CPU、內存、網絡帶寬等）的多個實時任務合理地分配資源，使每個實時任務的實時性要求都能得到滿足。與通用操作系統不同，實時操作系統注重的不是系統的平均表現，而是要求每個實時任務在最壞情況下都要滿足其實時性要求，也就是說，實時操作系統注重的是個體表現，更準確地講是個體最壞情況表現。舉例來說，如果實時操作系統采用標準的虛存技術，則一個實時任務執行的最壞情況是每次訪存都需要調頁，如此累計起來的該任務在最壞情況下的運行時間是不可預測的，因此該任務的實時性無法得到保證。從而可以看出在通用操作系統中廣泛采用的虛存技術在實時操作系統中不宜直接采用。