operating-system - 实时操作系统如何工作？

Question

我的意思是，实时操作系统如何以及为何能够在不错过最后期限的情况下按时完成任务？或者这只是一个神话(他们不会错过最后期限)？它们与任何常规操作系统有何不同？是什么阻止常规操作系统成为 RTOS？

Answer 1

遵守截止日期取决于您所写的申请。 RTOS 只是提供帮助您按时完成任务的设施。您还可以在大型主循环中的“裸机”(不带 RTOS)上进行编程，并在截止日期前完成。

另请记住，与更通用的操作系统不同，RTOS 运行的任务和进程非常有限。

RTOS 提供的一些设施:

• 基于优先级的调度程序
• 系统时钟中断例程
• 确定性行为

基于优先级的调度程序

大多数 RTOS 对于各个任务/进程都有 32 到 256 个可能的优先级。调度程序将运行具有最高优先级的任务。当正在运行的任务放弃 CPU 时，下一个最高优先级的任务将运行，依此类推...

系统中优先级最高的任务将拥有CPU，直到:

• 它运行完成(即它自愿放弃CPU)
• 更高优先级的任务已准备就绪，在这种情况下，原始任务将被新的(更高优先级)任务抢占。

作为开发人员，您的工作就是分配任务优先级，以便在截止日期前完成任务。

系统时钟中断例程

RTOS 通常会提供某种系统时钟(从 500 uS 到 100ms 的任何时间)，允许您执行时间敏感的操作。如果你有一个 1ms 的系统时钟，并且需要每 50ms 执行一个任务，通常有一个 API 可以让你说“50ms 内，叫醒我”。此时，任务将处于休眠状态，直到 RTOS 将其唤醒。

请注意，仅仅被叫醒并不能确保您会在那个时间运行。这取决于优先级。如果当前正在运行具有更高优先级的任务，您可能会被延迟。

确定性行为

RTOS 竭尽全力确保无论您有 10 个任务还是 100 个任务，都不需要更长的时间来切换上下文、确定下一个最高优先级的任务是什么等等......

一般来说，RTOS 操作尽量做到 O(1)。

RTOS 中确定性行为的主要领域之一是中断处理。当发出中断线信号时，RTOS 立即切换到正确的中断服务例程并立即处理中断(无论当前运行的任何任务的优先级如何)。

请注意，大多数特定于硬件的 ISR 将由项目开发人员编写。 RTOS 可能已经为串行端口、系统时钟、可能还有网络硬件提供了 ISR，但任何专用的东西(起搏器信号、执行器等)都不会成为 RTOS 的一部分。

这是一个粗略的概括，与其他所有事情一样，RTOS 实现有很多种。某些 RTOS 的操作方式有所不同，但上面的描述应该适用于大部分现有 RTOS。