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微内核与单内核（续） 在微内核中保留哪些东西？ 进程管理 存储管理 进程间通信 中断响应框架 微内核的优先级倒置问题 有A、B两个应用程序，A的优先级比B高，但是A在睡眠，而B在运行。 B需要进行文件操作，发请求给文件服务进程，自己进入睡眠，等待文件操作完成 本来在睡眠的文件服务进程接受到B的请求后开始为B服务。 此时A因某外部事件而变成就绪。 发生调度时，A与文件服务进程都是就绪状态。文件服务进程由于优先级高而更为优先。可是文件服务进程代表的是B，因此发生优先级倒置。 微内核的优先级倒置问题 以上问题的解决办法是采用“客户驱动优先级”，但是对于LINUX等操作系统，由于是不可剥夺的，因此天生不可解决。 微内核的优先级倒置问题 A B C ，C正在运行 C需要文件操作，发请求给文件服务进程，进入睡眠，等待文件操作完成。 文件服务进程开始为C服务，并将优先级设成与C相同。 此时A被外部时间唤醒，也需要文件操作，发请求，进入睡眠。 A的请求在文件服务进程的等待队列中。发生优先级倒置。 微内核的优先级倒置问题 B由于外部事件变成就绪 由于B C,B会被调度。 对于C是合理的，但是对于A，太不公平。 如果还有B1，B2，B3，B4 微内核的优点 小而且简单，容易理解，容易维护 各模块可以独立开发 系统配置灵活方便 微内核的缺点 效率降低 安全降低 RTOS基本struct 实时多任务core 任务管理:多任务和基于优先级的任务调度 定时器:系统的实时时钟服务，以及各个定时任务的调入等 Mem:管理系统的内存资源，如DRAM,ROM,FLASHRAM等 资源管理:管理系统的各种资源如系统的各种设备，端口，中断等； 事件和消息管理：管理各种系统级的事件，如实时中断响应，各种异常等；任务间同步和通信（信号量和邮箱等）以及各种系统消息和应用程序之间的通讯 RTOS的系统调用 90%以上的设备独立 RTOS的任务－－分时系统Process 实时带来的问题1-时间 在实时系统中最基本的是系统应该能够提供对时间正确性进行指定的方法 系统提供一种指定时间尺度的方法 通用系统的延时不能满足 问题2－实时系统的结构 实时系统的体系结构必须满足： 高运算速度 高速的中断处理 高的I/O吞吐率 合理的处理器和I/O设备的拓扑连接 高速可靠的和有时间约束的通信 体系结构支持的出错处理 体系结构支持的调度 体系结构支持的操作系统 体系结构支持的实时语言特性 问题3－容错与分布 稳定性 容错 分布式应用 问题4－实时通讯 逻辑正确 要有确定的延迟时间 问题5－其他问题 时间特性的指定和确正，这点与实际系统设计相同。 实时的调度理论。由于实时系统应用的特殊性以往通用系统中以大吞吐量为目标的调度算法必须改进以适应实时应用的需要。主要要求是满足时间的正确性，然后提供高度动态的，满足在线需求的，适应性的实时调度。 实时操作系统的设计和实现。在设计上首要目标是提供保证实时性的方法，包括一系列的经典问题的针对实时系统的解决方案。实现上要求操作系统的低开销，而且必须保证内核以及其他关键的可重入性。 实时的编程语言和设计方法。在编程语言级完成或提供实时应用所需要的方法。如Ada语言，FORTH语言。 分布式的实时数据库 系统的容错 实时时钟的同步 实时系统中的人工智能 与通用计算机区别 通用： 方便用户管理计算机资源 追求系统资源最大利用率 RTOS 调度的实时性 响应时间可确定性 高可靠性 性能衡量标准 对传统的通用系统: 大的系统吞吐量 合理的响应速度 对每个系统用户相对公平的进行计算资源的分配 实时系统 实时的数据吞吐取代了以吞吐量为目标的标准。 对硬实时应用的优先响应取代了对每个用户的恰当的反应速度。 系统的计算资源和其他外设资源必须优先满足实时应用的要求 RTOS的衡量指标 系统响应时间(System response time )：系统发出处理要求到系统给出应答信号的时间; 上下文切换时间(Context-switching time):任务之间切换而使用的时间; 中断延迟(Interrupt latency time ) :是计算机接收到中断信号到操作系统作出响应，并完成换道转入中断服务程序的时间; RTOS的任务调度机制 决定了多任务能力与实时性 通用模式： 调度策略：优先级调度、时间片轮转调度 调度方式：抢占式、不可抢占式、选择可抢占式 时间片：定长时间片与变长时间片 RTOS一般使用抢占式任务调度 时间限定的任务调度算法 速度单调算法 工作由定期任务组织 任务时间定长度 使用频率高的优先级高 时限驱动算法 工作定期与不定期 执行时长随着时间变化 下一个要安排执行的任务是时限最早的任务 存储管理单元（MMU） 实模式 保护模式