近年来,实时操作系统在多媒体通信、在线事务处理、生产过程控制、交通控制等各个领域得到广泛的应用,因而越来越引起人们的重视。为了方便大家了解各种实时操作系统的特性,我们下面对Lynx实时系统公司的LynxOS、QNX软件系统有限公司的QNX以及两种具有代表性的实时Linux--新墨西哥工学院的RT-Linux和堪萨斯大学的KURT-Linux进行比较。
基本特征概述
1: QNX是一个分布式、嵌入式、可规模扩展的实时操作系统。它遵循POSIX.1
(程序接口)和POSIX.2(Shell和工具)、部分遵循POSIX.1b(实时扩展)。它最早开发于1980年,到现在已相当成熟。
2:LynxOS是一个分布式、嵌入式、可规模扩展的实时操作系统,它遵循POSIX.1a、POSIX.1b和POSIX.1c标准。它最早开发于1988年。
3:RT-Linux是一个嵌入式硬实时操作系统,它部分支持POSIX.1b标准。
4:KURT-Linux不是为嵌入式应用设计的,不同于硬(hard)实时/软(soft)实时应用,他们提出""严格(firm)""实时应用的概念,如一些多媒体应用和ATM网络应用,KURT是为这样一些应用设计的""严格的""实时系统。
体系结构异同
实时系统的实现多为微内核体系结构,这使得核心小巧而可靠,易于ROM固化,并可模块化扩展。微内核结构系统中,OS服务模块在独立的地址空间运行,所以,不同模块的内存错误便被隔离开来。但它也有弱点,进程间通信和上下文切换的开销大大增加。相对于大型集成化内核系统来说,它必须靠更多地进行系统调用来完成相同的任务。
1:QNX是一个微内核实时操作系统,其核心仅提供4种服务:进程调度、进程间通信、底层网络通信和中断处理,其进程在独立的地址空间运行。所有其它OS服务,都实现为协作的用户进程,因此QNX核心非常小巧(QNX4.x大约为 12Kb)而且运行速度极快。
2:LynxOS目前还不是一个微内核结构的操作系统,但它计划使用所谓的""Galaxy""技术将其从大型集成化内核改造成微内核,这一技术将在LynxOS3.0中引入。新的28Kb微内核提供以下服务:核心启动和停止、底层内存管理、出错处理、中断处理、多任务、底层同步和互斥支持。
3:RT-Linux实现了一个小的实时核心,仅支持底层任务创建、中断服务例程的装入、底层任务通信队列、中断服务例程(ISR)和Linux进程。原来的非实时Linux核心作为一个可抢先的任务运行于这个小核心之上,所有的任务都在核心地址空间运行。它不同于微内核和大型内核,属于实时EXE(realtime executive)体系结构。其可靠性和可维护性对电信服务系统来说都不够理想。
4:KURT-Linux核心包括两个部分:内核和实时模块。内核负责实时事件的调度,实时模块为用户进程提供特定的实时服务。它不属于微内核结构。
调度策略分析
任务调度策略是直接影响实时性能的因素。尽管调度算法多种多样,但大多由单调率算法(RM)和最早期限优先算法(EDF)变化而来。前者主要用于静态周期任务的调度,后者主要用于动态调度,在不同的系统状态下两种算法各有优劣。在商业产品中采用的实际策略常常是各种因素的折中。
QNX
QNX 提供POSIX.1b标准进程调度:
1:32个进程优先级;
2:抢占式的、基于优先级的正文切换;
3:可选调度策略:FIFO、轮转策略、适应性策略。
4:其调度策略为:
5:LynxOS支持线程概念,提供256个全局用户线程优先级;
6:硬实时优先级调度:在每个优先级上实现了轮转调度、定量调度和FIFO调度策略;
7:快速正文切换和阻塞时间短;
8:抢占式的RTOS核心。
RT-Linux
在操作系统之下实现了一个简单的实时核心,Linux本身作为一个可抢占的任务在核内运行,优先级最低,随时会被高优先级任务抢占。
1:用户可自行编写调度程序,它们可实现为可加载的核心模块;
2:已实现的调度程序有:基于优先级的抢占式调度和EDF调度;
3:基于优先级的调度使用""单调率算法"",它直接支持周期任务。
KURT-Linux
可运行在两种状态之下:通常状态和实时状态。在通常状态下,所有进程都可以运行,但某些核心服务将带来中断屏蔽的不可预期性。实时模式只允许实时进程运行。
1:支持FIFO调度策略、轮转调度策略和UNIX分时调度策略;
2:增加了SCHED-KURT调度策略,这是一种静态调度策略,使用一个特殊的调度文件记录预先定义好的待调度进程的参数。
3:从以上简略描述可以看出,前三种调度策略实现较规范,特别是两种商业RTOS,遵循或部分遵循POSIX.1b实时调度标准。
操作系统服务比较
QNX的系统服务:
1:多种资源管理器,包括各种文件系统和设备管理,支持多个文件系统同时运行,包括提供完全POSIX.1及UNIX语法的POSIX文件系统,支持多种闪存设备的嵌入式文件系统,支持对多种文件服务器(如Windows NT/95、LAN Manager等)的透明访问的SMB文件系统、DOS文件系统、CD-ROM文件系统等。
2:设备管理。在进程和终端设备间提供大吞吐量、低开销接口服务。
3:图形/窗口支持。包括QNX Windows、X Window System for QNX、对MS Windows NT/95和X Window系统的远程图形连接。
4:TCP/IP for QNX。
5:高性能、容错型QNX网络--FLEET,使得所有连入网络的计算机变成一个逻辑上的超级计算机。
6:透明的分布式处理。FLEET网络处理与消息传递和进程管理原语的集成,将本地和网络IPC统一起来,使得网络对IPC而言是透明的。
LynxOS的系统服务:
1:网络和通信。由于使用UNIX/POSIXAPI,Lynx很适合于数据通信和Internet应用。又由于系统的开放性,网络软件很容易移植到Lynx上。同样,Lynx亦提供关键的电话通信协议,使之适用于电信系统的基础架构、操作和多媒体应用。
2:TCP/IP协议栈。Lynx自带优化的TCP/IP协议栈,提供高性能服务,如TCP头预测、高级路由算法、IP级多址广播和链路级高速缓冲。
3:Internet工具。包括,Telnet、Ftp、tftp、PPP、SLIP、实时调度的嵌入式Java虚拟机、嵌入式HTTPserver、bootp、ARP/RARP、DNS域名服务、电子邮件、Perl、电话通信协议等。
4:SVR3流。LynxOS流机制为开发和移植基于流的驱动程序和应用提供了核心支持。
5:文件系统。实时的类UNIX层次结构文件系统:连续结构文件、带缓冲/不带缓冲、原始分区和原始设备访问。
6:基于Motif的图形用户接口。
7:分布式计算资源。SCMP与VME总线上的多处理结合,PCI桥服务、CompactPCI Hot-swap Services、Lynx/HA-DDS分布式数据系统。
Linux的系统服务:
近来,很多基于Linux的实时应用被开发出来,它具有成熟和丰富的资源。
1:UNIX用户的开发工具和应用软件都被移植到Linux上。
2:TCP/IP网络协议。
3:各种Internet客户/服务端软件。
4:X Window。
5:C/C++、Java等语言编译器。
上述系统的共同点是都提供了图形界面、各种网络支持等必要工具。QNX是一个更加符合传统""分布式""概念的操作系统,目标是把整个局域网变成一个大的超级计算机,使得网络的存在对用户透明,文件系统提供的服务也很丰富。但是,分布式的程度越高也意味着系统开销的增大。LynxOS则着意于提供丰富的网络服务,而Linux的最大优势则是经济,还可以通过新闻组或mailing list快速地解决用户碰到的任何问题。
系统开放性对比
对于很多大、中型系统来说,大多数软件都是为UNIX平台编写的,因此RTOS是否提供POSIX/UNIX API就显得很重要。
QNX的开放性:
1:QNX的POSIX兼容性和其提供的UNIX特色的编译器、调试器、X Window和TCP/IP都是UNIX程序员所熟悉的。
2:支持多种CPU:AMD ElanSC300/310/400/410、Am386 DE/SE、Cyrix MediaGX、x86处理器(386以上)、Pentium系列、STMicroelectronics 的STPC。
3:多种总线:CompactPCI、EISA、ISA 、MPE (RadiSys)、STD、STD 32、PC/104、PC/104-Plus、PCI、PCMCIA、VESA、VME。
4:各种外设:多种SCSI设备、IDE/EIDE驱动器、10M/100M以太网卡、Token Ring网卡、FDDI接口卡、多种PCMCIA设备、闪存、声卡等等。
LynxOS的开放性:
1:POSIX.1a、1b、1c及BSD4.4等兼容性,使得遵循POSIX 1003或用于UNIX的程序很容易移植到LynxOS上。
2:支持多种CPU主板:包括CompactPCI(6U/3U)和标准PCI、VME/Eurobus、PC/104和PC/AT硬件等。
3:各种外设适配器:10/100BaseTEthernet、SCSI接口、单/多通道串行控制器、单/双工并行口、时钟、计时器、IDE接口、高分辨率显示适配器等。
Linux的开放性:
1:用户可得到UNIX的全部开发工具。
2:可使用市场上便宜又常见的硬件。
总结
通过以上的分析,可以看到以上系统各有优势,因此,在平台搭造过程中,用户应根据自己的实际需要并结合性能价格比进行选。