Linux分时操作系统的实时性分析

我们给每一个实时任务定义了4个调度属性：priority（优先级：限制该任务比相关联的其他任务的优先权）、starttime（起始时间：任务开始执行时间）、finishtime（截止时间：任务停止时间）和budget（预设值：任务允许执行时间），不同属性的数据对应不同的调度策略。宏观调度结构分为两个模块：属性分配模块和调度器选择模块。属性分配模块给每一个实时任务分配多个属性值，并通过其中的一两个属性值决定哪个属性优先，这样调度器选择模块就可以根据属性的优先级别选择不同的调度器。例如：如果优先级属性优先，则调度器就变成了一个纯粹的PD调度器；如果截止时间优先，那么调度器就作为EDF调度器来工作。

实验时采用Pentium-||400处理器，128MB内存，运行环境Linux2.0.35（以RED-Linux0.5为补丁），以RM调度策略为例，分别测量每一次系统请求消耗的时间。数据整理如下：宏观调度结构下属性分配模块消耗的时间大部分不到40Ls，平均约35Ls，调度器选择模块平均消耗时间约85Ls，消耗时间总计为118Ls，约占0.118%的CPU时间；单一调度策略的情况平均消耗时间约为25Ls，约占0.025%的CPU时间。宏观调度结构的延迟时间为传统调度方式的5倍，对于大多数的嵌入式系统来讲内核的灵活性和可配置性比调度的延时更为重要，而宏观结构和单一调度结构的CPU可用时间分别为99.88%和99.97%，差别极小，符合嵌入式系统实时性要求。

五、结论与展望

Linux虽然为分时操作系统，但由于其功能强大、源代码开放以及可移植性强等优势，已成为日益流行的嵌入式实时操作系统的解决方案。本文从软中断模拟技术、可抢占式内核和实时调度策略三个方面给出了改善系统实时性能的方法，并提出了通过采用宏观调度结构实现的混合调度，拓展了实时系统的应用范围。Linux实时性能的逐步完善，必将大大促进嵌入式Linux在工业控制、后PC时代信息电器等领域的广泛应用，应用的需要也会进一步促进大量新型控制算法的出现。